Несмотря на все успехи генетических методов, оценка скорости эволюции с их помощью всегда косвенна, поскольку в качестве исходных данных используются геномы современных организмов. Оценка была бы прямой, если бы мы могли исследовать геном ископаемого организма, что, за редкими пока исключениями, невозможно.

С развитием молекулярной систематики и особенно методов баркодинга актуальность составления классических описаний животных на основании их морфологии нередко подвергается сомнению. И хотя граница возраста, в пределах которого удаётся произвести секвенирование ископаемых организмов, постоянно отодвигается назад, маловероятно, что она будет когда-либо измеряться в миллионах лет. Но ископаемая летопись возрастом в десятки и сотни миллионов лет постоянно пополняется новыми находками. Можем ли мы извлечь из неё информацию, необходимую для проверки эволюционных гипотез?

Янтарь давно привлекает внимание палеонтологов, поскольку он хорошо сохраняет отпечатки ископаемых организмов, прежде всего насекомых. Тем не менее, даже у сравнительно крупных насекомых важные для систематики признаки не всегда удаётся разглядеть, а микроскопические организмы и вовсе еле видны сквозь толщу янтаря. Но, как удалось выяснить сравнительно недавно, янтарная смола нередко сохраняет внешний облик организмов с высочайшим разрешением. Если отшлифовать янтарь так, чтобы до исследуемого отпечатка оставалось не больше 100 микрон, а поверхность образца получилась достаточно гладкой, то становится возможным использовать предельное разрешение существующих оптических микроскопов с применением водной и масляной иммерсии. Для микроскопических животных такой метод открывает возможность полноценно сравнивать их с современными родственными группами. Сама возможность такого сравнения повышает актуальность изучения тонкой морфологии современных животных и основанной на ней систематики. Иными словами, зная полную морфологию ископаемого животного, жившего во время Т1 и морфологию его современного потомка (Т0), можно точно посчитать количество морфологических изменений, произошедших в промежуток времени Т0—Т1. А если у нас есть несколько таких измерений и филогенетическое дерево для данной группы животных, то появляется возможность оценить примерные скорости эволюции для каждой ветви дерева, используя модель морфологической эволюции (изменения признаков) и "морфологических часов" (скорости изменения фенотипа).

Одна из групп членистоногих, почвенные клещи, живущие на разной глубине под землёй и в лесной подстилке, известны в ископаемой летописи с девонского периода, то есть порядка 400 млн лет. С иксодовыми клещами — паразитами, опасными для домашних животных и человека — они имеют лишь отдалённое родство и общее русское название. В английском языке этой путаницы нет: там имеются три слова для обозначения различных групп клещей — ticks для паразитических иксодовых, chiggers для клещей-краснотелок и mites для всех остальных, включая почвенных, разнообразие которых несоизмеримо больше.

В статье Климова с соавторами исследованы два ископаемых почвенных клеща семейства Paratydeidae. Биология этих клещей изучена сравнительно слабо. Известно лишь, что они распространены по всему миру и живут в почве, лесной подстилке и мхах. Кусочки янтаря, содержащие отпечатки клещей, были добыты в месторождении янтаря недалеко от города Ровно (Украина). Их оценочный возраст составляет 34 млн лет.

Обнаружив большое сходство этих клещей с современными представителями семейства, авторы предположили, что их эволюция протекала очень медленно. Для проверки гипотезы была собрана база данных о 48 фенотипических признаках 20 современных видов клещей семейства Paratydeidae. В дополнение к этому в распоряжении авторов имелись данные секвенирования ДНК для 169 таксонов клещей, включая паратидеид, для калибровки при помощи метода молекулярных часов. На основании всего массива данных было построено ультраметрическое дерево, где длина ветвей пропорциональна абсолютному времени эволюции. Такой способ оценки темпов эволюции основан на гипотезе, что все значимые изменения происходят примерно с одной скоростью, но также допускают, что в разных группах организмов скорость накопления мутаций может быть различной и молекулярные часы могут 'тикать' с разной скоростью. Иными словами, зная время эволюции между предковым видом (A) и современным видом (B) и признаки этих видов, можно посчитать с какой скоростью происходила эволюция видa B.

Оказалось, что эволюция паратидеид действительно протекала с очень низкой скоростью, соответствующей изменению одного значимого признака за 46 млн лет. Много это или мало? Сравнительные данные в литературе имеются только для хищных динозавров, фенотип которых эволюционировал в 627 раз быстрее (и это консервативная оценка).

На примере данной работы видно, как сочетание методов молекулярной биологии, биоинформатики и микроскопического исследования ископаемых животных позволяет отвечать на вопросы, недоступные для каждой из этих групп методов по отдельности. Но пока без ответа остаётся главный вопрос: какие же механизмы обеспечивают подобную стабильность фенотипа на протяжении десятков миллионов лет?

Новость подготовил © Воронцов Д.Д.

29.10.2019