Гены выживших видов не дали достоверной информации о вымираниях прошлого

Надежно определять скорость появления новых видов и вымирания старых только по данным молекулярной филогенетики современных организмов невозможно, сообщается в Nature. Такой подход работает только для эволюционных событий, которые происходят в настоящее время или в совсем недалеком прошлом, а для остальных случаев нужно учитывать как минимум палеонтологический материал. Сомнения в чисто молекулярном подходе возникли уже давно, но теперь появилось их математическое обоснование.

Скорость диверсификации в группе организмов зависит от того, сколько новых видов в ней появилось за единицу времени (λ) и сколько их вымерло на том же промежутке (μ). Ее легко вычислить, если нам известны все виды, которые входили в интересующий нас таксон. Однако для некоторых групп почти не нашли ископаемых остатков, так что достоверно оценить их видовое разнообразие и его изменение в прошлом лишь по палеонтологическим находкам невозможно.

В 1994 году оксфордские биологи предложили рассчитывать скорость диверсификации таких проблемных групп по филогенетическим деревьям ныне существующих организмов — схемам, в которых указано родство различных видов в конкретной группе и отмечены точки, когда виды разошлись от общего предка. Они строятся на основании молекулярных данных. Примерно известно, с какой скоростью возникают определенные мутации в генах, и это позволяет определить время расхождения видов. Вымирания тоже могут отражаться на наследственном материале организмов. Поэтому теоретически по филогенетическим деревьям возможно определить количество видов внутри таксона, от которых произошел какой-нибудь из современных видов, и изменение этого параметра во времени.

Довольно быстро появились сомнения в точности такого подхода. Он должен неплохо работать, если λ, μ и их компоненты постоянны. Но они могут меняться, и один и тот же результат можно получить при подстановке разных чисел в качестве этих переменных. Если число видов, давших начало другим видам, резко выросло, установить причину этого изменения не получится: ситуация, когда существующие виды стали вымирать медленнее, и ситуация, когда новые виды стали появляться быстрее, будут выглядеть одинаково. То же верно и для случая, когда рост количества видов, чьи потомки дожили до наших дней, сильно замедлился.

Тем не менее, метод, описанный в 2004 году, используют и сейчас, и по данным молекулярной филогенетики современных организмов даже делают предположения о том, как климат и другие условия прошлого влияли на скорость вымираний. Существуют математические модели, которые позволяют определить рост числа видов, давших начало современным организмам, даже если λ и μ не константы.

Стилианос Лука (Stilianos Louca) и Мэтью Пеннелл (Matthew Pennell) из Канады и США попробовали описать изменение числа видов, от которых произошли ныне существующие организмы, и его зависимость от данных с конкретных филогенетических деревьев различными дифференциальными уравнениями. При этом они считали, что λ и μ могут меняться во времени, и в разных моделях задавали неодинаковые сценарии таких изменений.

Оказалось, что непохожие уравнения дают одинаковые результаты. Скорости вымирания и появления новых видов, а с ними и скорости диверсификации могут существенно различаться, но число видов, которые имеют современных потомков, меняется во времени по одной и той же траектории независимо от того, с какого филогенетического древа современных организмов брать данные. Получается, что такие деревья дают информацию только о тех вымерших видах, которые стали чьими-то предками, а о тех, кто не оставил после себя потомков, они ничего не сообщают.

Таким образом одни лишь молекулярные данные о родстве современных организмов не могут дать целой картины того, как быстро шло видообразование у их вымерших предков, как часто виды исчезали и появлялись. Также получается, что на их основе не построить достоверных предположений о том, как на эволюцию конкретных таксонов влияли различные внешние события: изменение климата и так далее.

Авторы отмечают, что для полноты сведений необходимо использовать палеонтологические находки, где это возможно. Хотя эта мысль может показаться очевидной, расцвет молекулярно-генетических исследований в ущерб работам, которые задействуют классический биологический материал, подсказывает, что об этой идее ученым нужно периодически напоминать.

Филогенетические деревья постоянно перестраивают, поскольку появляются новые данные и пересматриваются те результаты, которые уже имеются. В 2015 году мы писали об одном из самых полных деревьев, содержащем 2,3 миллиона видов. Последнюю (на данный момент) его версию опубликовали 29 декабря 2019.

Светлана Ястребова