Птахи втратили зуби 116 мільйонів років тому

Порівняння цілих геномів 48 видів птахів дає нове уявлення про їх генеалогічне дерево. Тур де сил великих даних в біології.

мільйонів

Опубліковано 11 грудня 2014 р. О 13:23 - Оновлено 19 серпня 2019 р. О 14:04

Час читання 6 хв.

  • Спільний доступ
  • Спільний доступ вимкнено Спільний доступ вимкнено
  • Спільний доступ вимкнено Надіслати електронною поштою
  • Спільний доступ вимкнено Спільний доступ вимкнено
  • Спільний доступ вимкнено Спільний доступ вимкнено

Перші птахи мали зуби. Нащадки м'ясоїдних динозаврів, вони втратили їх на еволюційному шляху, але вчені не були впевнені, коли. У міжнародному дослідженні, опублікованому в журналі Science, у п’ятницю, 12 грудня, пропонується дата: едентулізм (загальна втрата зубів) мав би статися 116 мільйонів років тому у спільного предка всіх нинішніх птахів.

Як Роберт Мередіт (Університет штату Монтлер, штат Нью-Джерсі) та його колеги дійшли такого висновку? Порівнявши геноми 48 сучасних видів птахів з тваринами, які також втратили зуби - трьох видів черепах та чотирьох ссавців (дев'ятисмуговий броненосець, лінивець Гофмана, мис короїд та китайський панголін). До цього вже наданого бестіарію вони додали ДНК домашньої собаки, африканського слона та кашалота, трьох зубчастих видів.

У цій величезній генетичній базі даних дослідники зосередилися на шести генах, активація яких у лабораторних мишей призводить до дефектів у формуванні дентину та емалі. Шість генів, мутація яких також викликає стоматологічні відхилення у людини. Вони виявили, що у сучасних птахів ці гени є, але в інактивованій формі. "Це вказує на те, що генетичний механізм формування зубів втрачений на гілці, яка народила всіх нинішніх птахів", - роблять висновок дослідники.

Завершення викопного підходу

Оцінивши рівень змін у цих генах щодо видів, де вони все ще активні, та виходячи із середньої частоти мутацій з часом, команда підрахувала, коли емалевий покрив зубів був втрачений - 116 мільйонів років тому. Вони уявляють собі двоступеневий сценарій, спочатку втрата зубів і частковий розвиток дзьоба на передній частині щелеп. Задня частина дзьоба розвинулась би вдруге.

Для палеонтолога Антуана Лушарта (ENS Lyon), який у 2011 році разом зі своїм колегою Лораном Віріотом запропонував аналіз втрати зубів у птахів, "ці молекулярні дані завершують підхід, заснований на вивченні скам’янілостей". Це скорочує вікно часу для едентулізму, який становив від 120 до 66 мільйонів років. Через відсутність добре збережених зразків, "ми не могли сказати, чи сталася одна втрата зубних рядів у спільного предка всіх птахів, або дві", додає він. Ці дані визначають першу гіпотезу ”. У інших сімействах птахів, які не дійшли до нас, за його словами, втрата зубів також спостерігалася в палеонтологічних колекціях.

Чому ці мутації були відібрані еволюцією? На сьогоднішній день птахи з їх 10 000 зареєстрованих видів є найрізноманітнішою групою чотириногих. Спокусливо пов’язати цей еволюційний успіх із втратою зубів, навіть якщо з обережністю ставитися до цих спеціальних міркувань, попереджає Антуан Лушарт, перш ніж перерахувати потенційні переваги цієї ситуації: «Роговий, легкий дзьоб - це користь для крадіжка; м’язова желудка ефективніше зубів при пережовуванні їжі і пропонує кращий центр ваги; різноманітність форм сопел забезпечує доступ до різноманітних екологічних ніш. "

Поки він вказує на невизначеність молекулярних годинників, Ронан Аллейн, палеонтолог з Національного музею природознавства в Парижі, вважає аналіз втрати зубів обґрунтованим. Але це не прерогатива сучасних птахів, він згадує: "Є три-чотири родини м'ясоїдних динозаврів, у яких вони також замінені рампотекою [роговою частиною дзьоба птиці], згадує він. Це випадок із страусиним динозавром віком 130 мільйонів років, виявленим в Анжеаку, Шаранта, над яким ми працюємо. Ронан Аллаєн також із цікавістю відзначає дані про трансформацію яйцеводів, які відображають спостереження за кількістю яєць у скам’янілостях динозаврів.

Міжнародний консорціум

Оскільки ця молекулярна робота з еволюції зубів - це лише мала частина результатів, отриманих коаліцією дослідників з двадцяти країн, і опублікованих одночасно в Science та інших наукових журналах. У ньому також обговорюється еволюція пісні та збіжності в цій області з людським мозку, близькість до крокодилів, найближчих живих двоюрідних братів птахів сьогодні, еволюційна траєкторія статевих хромосом ...

Але головним завданням Консорціуму геномів птахів, який очолювали Годжі Чжан з BGI в Шеньчжені, Еріх Джарвіс (Медичний інститут Говарда Хьюза) і Томас Гілберт (Музей природознавства Данії), було створення родовідного дерева птахів ' 'безпрецедентна точність і широта.

Еволюційне дерево сучасних птахів, запропоноване Джарвісом та ін. у журналі "Наука". Джарвіс та ін., Наука

Об’єм спільної роботи вражає. До трьох уже наявних геномів птахів (курятина, індичка та зебра), найсучасніші машини BGI, найбільшого у світі центру секвенування, додали 45 нових учасників. Потім цю масу даних аналізували еквівалентно п’ятсот років (за обчислювальним часом порівняно з діяльністю центрального підрозділу) суперкомп’ютерами в Остіні, Мюнхені та Сан-Дієго - та інших лабораторіях.

Результатом є "дерево життя", яке в кінцевому підсумку цілком схоже на те, що було запропоноване в Science у 2008 році попереднім консорціумом під керівництвом Шеннон Хаккет (Чиказький природничий музей), який не був пов'язаний з сучасними дослідженнями. Тоді він покладався лише на 19 генів, але у 169 видах.

Протилежні спокуси

Протягом майже чотирьох років аналізу цілого генома щотижневі міжконтинентальні зустрічі в четвер за допомогою телемосту часто розглядали центральну тему в цих нових проектах, що базуються на великих даних: зробіть краще - чи обов’язково випливає зміст із цієї складності? "Було два протилежні спокуси", - говорить Бастієн Буссау (UMR CNRS 5558, Ліон), який розробляє комп'ютерні методи дослідження еволюції геномів. Використовуйте більшу частину отриманої інформації або обрізайте її, щоб легше змоделювати еволюцію. " Коли ми додаємо геноми, можуть бути артефакти, додає Бенуа Набхольц (ISEM Монпельє), який також підписав деякі роботи. Однією з початкових гіпотез було навіть те, що людина не зможе запропонувати надійну еволюційну історію цього різноманіття. "

Одним із важких для контролю параметрів є вміст певних нуклеїнових основ (гуанін і цитозин, дві з чотирьох "букв" ДНК), що важливіше у дрібних тварин, але також поблизу кінців хромосом. Як це врахувати при порівнянні геномів? Це була одна з проблем біоінформатики, яку потрібно було вирішити.

Масштабований "Великий вибух"

Ще одна складність: виявляється, що нинішня лінія птахів вибухнула в часи, близькі до крейдової/третинної кризи, яка спричинила зникнення динозаврів, 66 мільйонів років тому. Але молекулярні годинники недостатньо точні, щоб зрозуміти, чи сталося це до або після. І сам цей еволюційний "Великий вибух" ускладнює геномний аналіз.

Якщо, врешті-решт, консорціуму вдалося запропонувати «дерево життя» для птахів, для Бастієна Буссау це лише крок, адже нам все одно потрібно прогресувати в алгоритмах та статистичному аналізі даних, що іноді призводить до парадоксів: " еволюційне дерево гена, подібно до колагену, може не злипатися з деревом видів ", вказує дослідник.

Тому певні взаємозв'язки між видами залишаються невизначеними. Інші - сюрпризи. "Підкупи, морфологічно дуже похідні від фламінго, насправді дуже схожі генетично", сміється Бенуа Наблоз. Після дерева життя, яким би воно не було досконалим, пташині великі дані тепер вирішать ще одну проблему: спробу зрозуміти генетичні мутації, які дозволили птахам адаптуватися до такої кількості різних середовищ.

Переглянути внески

  • Спільний доступ
  • Спільний доступ вимкнено Спільний доступ вимкнено
  • Спільний доступ вимкнено Надіслати електронною поштою
  • Спільний доступ вимкнено Спільний доступ вимкнено
  • Спільний доступ вимкнено Спільний доступ вимкнено