Atklājumi.lv

Izveidota cilvēka un visu zīdītāju kopējā senča rekonstrukcija

Visu, vairāk nekā 5100 mūsdienu zīdītāju sugu, izņemot somaiņus un oldējējus, kopējais sencis bijis sīks kukaiņēdājs dzīvnieciņš, kas dzīvojis laikā īsi pēc dinozauru izmiršanas pirms 65 miljoniem gadu. Pie šādiem secinājumiem, apstrādājot iepriekš nebijušu datu klāstu, nonākusi starptautiska zinātnieku grupa, kuras pētījumu rezultāti publicēti žurnāla "Science" š.g. 8. februāra numurā.

Placentālo (zīdītāju - dzīvdzemdētāju) dzīvnieku izcelšanās ilgu laiku ir bijusi viens no evolucionārās bioloģijas nozīmīgākajiem diskusiju priekšmetiem. Morfoloģiskie dati (organismu formas un struktūras apraksts), to skaitā atrastās fosīlijas liecināja, ka placentāļi, kuri ietver tik dažādus dzīvniekus kā tikai divus gramus vieglo vaboļsikspārni un 190 tonnas smago zilo vali, izcēlušies īsi pēc krīta-paleogēna izmiršanas (KPI), kuru izraisīja milzīgs asteroīds, kas Jukatānas piekrastē ietriecās Meksikas jūras līcī pirms aptuveni 66 miljoniem gadu.

Savukārt ģenētiskie jeb molekulārie pētījumi, kuri evolucionārajā bioloģijā kļuva ļoti populāri kopš 1990. gadu sākuma, zīdītāju sadalīšanos galvenajās grupās atvirzīja atpakaļ laikā līdz pat 100 miljoniem gadu pirms mūsdienām, ģeoloģiski to sasaistot ar kontinentu sadalīšanos, kura beidzās pirms aptuveni 55 miljoniem gadu. Pēc šo pētījumu datiem galvenās zīdītāju grupas, tai skaitā primāti un grauzēji attīstījās vēlā krīta perioda ekosistēmās un pārdzīvoja dinozaurus iznīcinošo katastrofu.

Lai iegūtu objektīvu skatījumu uz zīdītāju izcelsmi, bija nepieciešams abu virzienu datus apvienot kopējā fenomiskā (fizisko un bioķīmisko dzīvnieku pazīmju kopums) attīstības modelī. Iepriekš šādi mēģinājumi jau bija notikuši, taču vēl neviena pētījuma ietvaros nebija apstrādāta un analizēta tik plaša informācija, kā to sešu gadu laikā paveica Stounībrūkas universitātes (ASV) paleontoloģes Maurīnas O'Līrijas vadītā 22 zinātnieku komanda.

Filoģenētiskā zīdītāju evolūcijas koka izveidei pētnieki noteica 4541 pazīmi 86 šobrīd dzīvojošām (pārstāvot visas esošo zīdītāju kārtas) un izmirušām sugām. Homoloģisko rindu noteikšanai viņi anotēja vairāk nekā 12 000 attēlus. Darba veikšanai pētnieki izmantoja interneta programmu morfoloģisko pazīmju filoģenētisko matriču veidošanai MorphoBank. Šos datus papildināja ar citā interneta datu bāzē - GenBank - iegūtām 27 gēnu DNS secībām. "Datu apjoms, ko mēs izmantojām," stāsta Ņujorkas Amerikas dabas muzeja paleontologs Maikls Novačeks, "ir 10 reižu lielāks nekā citos līdzšinējos pētījumos." "Vienu brīdi es jau domāju, ka mēs nekad nebeigsim tos analizēt," zinātnieks atzīst.

Informācija dažādos veidos tika salīdzināta un korelēta, rezultātā izveidojot evolucionāro koku, kas apstiprināja gan fenotipiski iepriekš noteikto gandrīz visu mūsdienu zīdītāju kārtu vienoto izcelsmi, gan arī molekulāri atklāto to savstarpējo radniecību. Turpretī molekulāri noteiktais kārtu vecums un zarošanās laiks gandrīz visos gadījumos bija pārāk liels. Tā, atbilstoši O'Līrijas komandas rezultātiem, netika atrasti pierādījumi, ka 29 līdz 39 zīdītāju līnijas būtu pastāvējušas jau mezozojā un šķērsojušas KPI punktu - tas izdevies tikai vienam sīku dzīvdzemdētāju zaram, kā arī somaiņu un oldējēju zīdītāju senčiem. Apvienotā koka dati liecināja, ka visas galvenās zīdītāju kārtas un apakškārtas ir nodalījušās no kopējā senča pirmo 200 000 gadu laikā pēc KPI, bet pirmās mūsdienīgās sugas parādījušās 2 līdz 3 miljonus gadu vēlāk. Savukārt gandrīz pilnu šodien dzīvojošo sugu senču klāstu ieraugām vēl pēc 10-15 miljoniem gadu.

Interesanti, ka O'Līrijas pētījuma rezultātā varētu kļūt bezjēdzīgs afrotēru virskārtas dzīvnieku taksona nosaukums, kas norāda uz to kopējo izcelsmi no Āfrikas. Šo virskārtu, kurā ietilpst gan milzīgie Āfrikas ziloņi, gan sīkie, nepilnu kilogramu smagie ziloņcirslīši, atklāja DNS pētījumos 1998.g. Līdzīgi kā citos molekulāro koku gadījumos, afrotēru senča dzīves laiku atvirzīja uz mezozoju. Tomēr visi jaunā O'Līrijas komandas sastādītā koka senākie afrotēri, ieskaitot izmirušās sugas ir atklāti tikai Ziemeļamerikā un Dienvidamerikā. Raksta autori, ņemot vērā šo faktu, uzskata, ka afrotēri izcēlušies agrajā paleocēnā vienā vai otrā Amerikas daļā un tikai tad, migrējot devušies tālāk, nonākot Āfrikā.

Viena no O'Līrijas komandas bieži izmantotajām analītiskajām metodēm ir tā sauktā "spoku līnijas analīze" (ghost lineage analysis). To izmanto, lai kādai sugai izveidotu filoģenētisko līniju gadījumos, kad nav atrastas tās senāko pārstāvju fosīlijas (1).

Par senāko, droši ar fosīlijām pierādāmo zīdītāju zinātnieki nosauc Ziemeļamerikā pirms 200 līdz 400 tūkstošiem gadu dzīvojušo Protungulatum donnae. Savukārt mūsdienu zīdītāju lielā vairākuma kopējo senci, daļa no kura pēctečiem evolucionēja arī par Homo sapiens, pētnieki hipotētiski rekonstruēja, balstoties uz morfoloģisko pazīmju optimizāciju. "Mēs izmantojām 4500 pazīmju spēku," saka cits O'Līrijas komandas loceklis, Pitsburgas Kārnegī Dabas muzeja zīdītāju nodaļas kurators Džons Vībls, "kas mums ļāva kopējā senča iespējamā izskata noteikšanā balstīties uz visiem zīdītāju anatomijas aspektiem - galvaskausu, skeletu, zobiem, iekšējiem orgāniem, muskuļiem un pat kažoka krāsu."

Rekonstruētais dzīvnieciņš ir neliels kukaiņēdājs ar garu, kuplu asti. Tā svars bijis no 6 līdz 245 gramiem un tā mātītes dzemdējušas vienu mazuli, kas pasaulē nācis akls un bez apspalvojuma.

Laikā pēc KPI, kad pēc dažiem vērtējumiem bija gājuši bojā ne tikai nelidojošie dinozauri un daudzi citi mezozoja dzīvnieki, bet arī aptuveni 30 līdz 50% augu valsts, izdzīvojušiem mazajiem kukaiņēdājiem bija pieejamas daudzas brīvas ekoloģiskās nišas, kurās atrast citus iztikas avotus. Pārējais jau bija dabīgās atlases jautājums, lai straujā pārmaiņu procesā ("placentāļu eksplozija"), gluži kā sēnes pēc lietus - ja attiecīgos 5 līdz 10 miljonus gadu aplūkojam no visas dzīvības vēstures perspektīvas - uz zemes un jūrā sarastos tik dažādās zīdītāju sugas.

Iegūtie rezultāti mums patiesībā nebija īpašs pārsteigums, saka O'Līrija. "Taču tas ir nozīmīgs atklājums, jo pamatojas gan uz biomorfoloģiju, gan molekulārajiem datiem." Izmantojot šo metodoloģiju, turpmākajos gados noteikti tiks pārvērtēti arī citu dzīvnieku un augu grupu iepriekš izveidotie evolucionārie koki. Jau tagad tūkstošiem zinātnieku no dažādām valstīm veido sadarbības projektus, reģistrējoties MorphoBank datu bāzē. Viens no interesantākajiem jautājumiem varētu būt - vai un kā šī metodika ietekmēs paleoantropoloģiskos, cilvēka izcelsmes pētījumus. Arī šajā nozarē molekulāro datu un fosīliju izpētē balstītās hipotēzes nereti ir savstarpēji pretrunīgas, bet to veidotāji, nespējot izstrādāt abām pusēm pieņemamu versiju, izcīna smagas intelektuālas kaujas.

Attēli: Stounībrūkas universitātes publicitātes foto.

Piezīmes:

(1) Labs piemērs spoku līnijas analīzes izmantošanai ir Madagaskaras lemūri. Līdz šim nav izdevies atrast lemūru fosīlijas, tikai vēl nepārakmeņojušos kaulus no pēdējiem 12 000 gadiem. No tā it kā varētu secināt, ka lemūri ir evolucionējuši pavisam nesen. Tomēr tā tas nav, jo mēs zinām, ka lemūru tuvākie radinieki ir Āfrikas un Āzijas lorveidīgie puspērtiķi lori un galagi. Tā kā šīs sugas pēc fosīliju liecībām viena no otras atdalījās pirms aptuveni 39 miljoniem gadu, tad lemūriem no abu grupu kopējā senča bija jāatdalās vēl agrāk. Līdz ar to ir skaidrs, ka lemūru "spoku līnijas" minimālais vecums ir vismaz 40 miljoni gadu.

Avots:

M. A. O'Leary, J. I. Bloch, J. J. Flynn, T. J. Gaudin, A. Giallombardo, N. P. Giannini, S. L. Goldberg, B. P. Kraatz, Z.-X. Luo, J. Meng, X. Ni, M. J. Novacek, F. A. Perini, Z. S. Randall, G. W. Rougier, E. J. Sargis, M. T. Silcox, N. B. Simmons, M. Spaulding, P. M. Velazco, M. Weksler, J. R. Wible, A. L. Cirranello. The Placental Mammal Ancestor and the Post-K-Pg Radiation of Placentals. Science, 2013; 339 (6120): 662 DOI: 10.1126/science.122923