Comment recréer notre passé évolutif
L'approche appelée « cladistique » fonctionne avec les organismes vivants, les fossiles et l'ADN.
Comment savons-nous à quoi ressemblaient les formes de vie d'aujourd'hui quand elles ont évolué pour la première fois? Pendant des années, les biologistes ont pu tirer des conclusions sur les ancêtres communs des formes de vie d'aujourd'hui, sur la base de la cladistique, qui a estimé le nombre de similitudes. Cette approche a fonctionné avec des fossiles et des créatures vivantes, et nous a permis de les classer en hiérarchies ramifiées, à partir d'un ancêtre commun. Mais aujourd'hui, nous avons de l'ADN au lieu des formes osseuses et du nombre de dents.Comment construire un arbre pour elle? Il s'avère que l'approche cladistique générale fonctionne également ici.Cladistique
Supposons que nous ayons besoin de comprendre les ancêtres des mammifères. Pour ce faire, vous devez prendre un groupe distinct, mais apparenté - les reptiles conviennent aux mammifères. Les reptiles et les mammifères ont de nombreuses caractéristiques communes - quatre membres (tous sont des tétrapodes, même des serpents et des baleines à membres rudimentaires). Il y a des différences - fourrure ou os spéciaux dans l'oreille interne. Il existe des traits partiellement similaires - pondre des œufs dans un ornithorynque, ou des traits présents uniquement dans un certain groupe - volant chez les chauves-souris.En utilisant ces fonctionnalités, vous pouvez suivre la façon dont tout est groupé. Bien que les chauves - souris et les baleines sont très différentes, ils ne pondent pas d' œufs, donc, très probablement, ils sont liés par des liens de parenté entre eux est plus forte que egglayers. Et puisque ces derniers pondent des œufs, comme les reptiles, ils se sont très probablement éloignés de l'arbre de développement des mammifères assez tôt.Parfois, des caractéristiques étranges violent l'harmonie de l'arbre - par exemple, les serpents et les baleines n'ont que des membres rudimentaires, malgré le fait que pour d'autres signes, ils sont vaguement connectés. Ces problèmes sont parfois résolus en collectant des informations sur un nombre suffisant de fonctionnalités. Le nombre de différences séparant les baleines et les autres mammifères est inférieur au nombre de caractéristiques similaires.La logique de cette analyse est simple: plus les membres d'un groupe sont proches, moins ils ont de différences. Par conséquent, les gens appartiennent clairement aux primates et non aux rongeurs.La cladistique peut aider à trier le passé. Les reptiles et les ovipositeurs pondent leurs œufs, comme l'ornithorynque, on peut supposer qu'au moment où les ovipares ont séparé l'arbre mammifère, tous leurs ancêtres ont également pondu leurs œufs. Vous pouvez comprendre quelles caractéristiques sont apparues pour la première fois chez les mammifères disparus et créer un ordre de branches à partir de l'arbre de développement.
Requins / Rayfishes / Amphibiens / Primates / Rongeurs / Crocodiles / Oiseaux
Branches de bas en haut: squelette osseux, tétrapodes, amnios, fourrureIl est important de noter qu'un tel raisonnement n'est pas toujours idéal. Par exemple, on sait que les baleines et les hippopotames sont des parents assez proches. Ils vivent dans l'eau, il serait donc logique de supposer que leur ancêtre y vivait. Cependant, les fossiles suggèrent le contraire - ils représentent deux branches différentes des ancêtres qui vivaient sur terre.La cladistique pénètre la génétique
Idéalement, les mêmes considérations s'appliquent à l'ADN. La cladistique est basée sur l'idée que les organismes avec un nombre minimum de différences devraient être les plus proches par parenté. Presque toutes les bases appariées peuvent changer en raison d'une mutation (à l'exception des bases des gènes les plus importants). Par conséquent, chaque paire peut devenir une marque de fabrique. Un petit nombre de changements nécessitent un petit nombre de mutations, ce qui signifie très probablement une petite différence entre les séquences d'ADN.Les trois séquences dans l'image ci-dessous sont différentes, et la différence entre les deuxième et troisième par rapport à la première est marquée en rouge. Il n'y a que deux différences entre la première et la seconde, et quatre entre la première et la troisième. Cela signifie que les deux premières séquences sont liées par des liens plus étroits.
Et laquelle des deux premières séquences est plus proche de la troisième? Pour ce faire, répétez le processus, notez uniquement les différences par rapport à la troisième séquence.
On peut voir que le premier et le deuxième ont le même nombre de différences avec le troisième. Il est impossible de dire lequel d'entre eux est le plus proche. Un arbre construit sur la base de cette relation ressemblera à ceci: les
chercheurs, déterminant la relation entre les deux organismes, s'appuient sur quelque chose de plus qu'une douzaine de bases appariées, mais, en fait, le processus est similaire. Vous devez placer la séquence sur l'arborescence proposée et voir combien de changements sont nécessaires pour chacune des branches. Mélangez l'arbre et répétez l'analyse. En conséquence, la tâche est réduite à une simple recherche d'arborescence qui nécessite le moins de modifications.Eh bien, ou presque simple. Un problème est la définition de séquences équivalentes. De nombreux gènes de vertébrés appartiennent à de plus grandes familles génétiques. Les gens ont 22 membres différents de la famille des gènes FGF. En les comparant à des souris, vous devez comparer le FGF-14 humain avec l'équivalent souris du FGF-14, et non avec d'autres membres de la famille. Beaucoup d'entre eux peuvent être perdus ou dupliqués, puis deux gènes du type FGF-14 peuvent être trouvés dans l'espèce, ou aucun.Ces événements - duplication et suppression de séquences - se produisent constamment en dehors des gènes. Lorsque vous comparez différentes séquences, vous devez comprendre que certaines bases peuvent ne pas changer, mais un gouffre. D'autres séquences peuvent connaître une insertion de bases, qui doit également être prise en compte. Mais avec suffisamment d'ADN et une analyse minutieuse, vous pouvez recréer des arbres évolutifs ainsi qu'en utilisant les caractéristiques des organismes.Cependant, le passé peut également être recréé. Jetons un œil aux trois mêmes séquences balisées différemment.
Maintenant, les bases marquées en rouge diffèrent des bases statistiquement les plus courantes de ces trois séquences. Si nous avons des preuves que ces séquences avaient un ancêtre commun, alors ces différences sont probablement des mutations uniques dans le passé. Si c'est le cas, alors nous pouvons supposer la séquence de leur ancêtre - cela nécessite le moins de changements pour obtenir des descendants. Par conséquent, si sur la première base deux des trois séquences ont G et une a A, alors leur ancêtre avait probablement G.Et cette analyse a ses limites. Il est impossible de savoir si la fondation a changé plus d'une fois dans toute l'histoire de son existence - et cela devient un problème lorsque l'on plonge dans un passé lointain. Mais la technologie fonctionne. Nous l'avons utilisé pour recréer des protéines anciennes, dont beaucoup sont capables de fonctionner dans des conditions modernes. Dans de nombreux cas, ils ont des propriétés différentes - disons, une tolérance aux températures élevées - qui peuvent nous renseigner sur le milieu de vie des organismes.Il est possible de l'utiliser pour répondre à la question de savoir quand la protéine ancêtre ou l'espèce qui l'a utilisée existait. Pour la plupart des pedigrees, le nombre de nouvelles mutations peut être calculé, dont l'occurrence est typique pour chaque génération. Il peut être comparé au nombre total de mutations et compter le nombre de générations nécessaires pour atteindre l'état actuel par la séquence. En ajoutant le temps moyen entre les générations, vous pouvez estimer le temps nécessaire pour produire l'ADN d'aujourd'hui. Les erreurs sont importantes, mais cette approche a ses avantages."Ne retournez pas le passé" est un cliché. Mais le passé, évidemment, laisse sa marque sur le présent. En lisant les pistes, vous pouvez composer une image vivante et informative du passé, même sans machine à remonter le temps afin de vous y rendre personnellement.Remarque perev: Un exemple intéressant de l'utilisation de la technologie pour estimer le temps nécessaire à l'apparition de l'ADN moderne est présenté dans les travaux scientifiques de Kittler, Kaiser et Stonking . On sait que les poux vivant dans les cheveux sur la tête d’une personne et les poux vivant dans ses vêtements sont des parents, quoique éloignés. Il s'avère que vous pouvez calculer combien de temps leurs chemins génétiques ont divergé - et cette date caractérisera le moment où les gens ont commencé à mettre des vêtements en masse. Selon les scientifiques, cela s'est produit il y a environ 72 000 ans. Certes, l'erreur est considérable: ± 42 000 ans. Source: https://habr.com/ru/post/fr398639/
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