Bagaimana kita menciptakan kembali masa lalu evolusi kita

Pendekatan yang disebut " cladistics " bekerja dengan organisme hidup, fosil, dan DNA.



Bagaimana kita tahu seperti apa bentuk kehidupan saat ini ketika pertama kali berevolusi? Selama bertahun-tahun, ahli biologi dapat menarik kesimpulan tentang nenek moyang yang sama dari bentuk kehidupan saat ini, berdasarkan cladistics, yang memperkirakan jumlah kesamaan. Pendekatan ini bekerja dengan fosil dan makhluk hidup, dan memungkinkan kami untuk mengklasifikasikannya menjadi hierarki bercabang, mulai dari nenek moyang yang sama. Tetapi hari ini kita memiliki DNA alih-alih bentuk tulang dan jumlah gigi.

Bagaimana kita membangun pohon untuknya? Ternyata pendekatan cladistic umum juga berfungsi di sini.

Cladistics

Misalkan kita perlu memahami nenek moyang mamalia. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengambil kelompok yang terpisah, tetapi yang terkait - reptil cocok untuk mamalia. Reptil dan mamalia memiliki banyak kesamaan - empat anggota badan (semuanya adalah tetrapoda, bahkan ular dan paus dengan anggota gerak yang belum sempurna). Ada perbedaan - bulu atau tulang khusus di telinga bagian dalam. Ada sebagian sifat yang mirip - bertelur di platipus, atau sifat yang hanya ada pada kelompok tertentu - terbang dengan kelelawar.

Dengan menggunakan fitur-fitur ini, Anda dapat melacak bagaimana semuanya dikelompokkan. Meskipun kelelawar dan paus sangat berbeda, mereka tidak bertelur, oleh karena itu, kemungkinan besar, mereka lebih dekat satu sama lain daripada dengan ovipar.. Dan karena yang terakhir bertelur, seperti reptil, mereka kemungkinan besar bercabang dari pohon mamalia sejak awal.

Kadang-kadang fitur aneh melanggar harmoni pohon - misalnya, ular dan paus hanya memiliki anggota tubuh yang belum sempurna, meskipun fakta bahwa untuk tanda-tanda lain mereka terhubung secara longgar. Masalah seperti itu kadang-kadang diselesaikan dengan mengumpulkan informasi tentang sejumlah fitur yang memadai. Jumlah perbedaan antara paus dan mamalia lainnya kurang dari jumlah fitur serupa.

Logika analisis ini sederhana: semakin banyak anggota suatu kelompok lebih dekat hubungannya, semakin sedikit perbedaan yang mereka miliki. Karena itu, orang jelas milik primata, dan bukan milik tikus.

Cladistics dapat membantu memilah masa lalu. Reptil dan ovipositor bertelur, seperti platipus, dapat diasumsikan bahwa pada saat ovipar memisahkan pohon mamalia, semua leluhur mereka juga bertelur. Anda dapat memahami fitur apa yang pertama kali muncul pada mamalia yang punah, dan membuat urutan cabang dari pohon pembangunan.


Hiu / Rayfish / Amfibi / Primata / Tikus / Buaya / Burung
Cabang dari bawah ke atas: kerangka tulang, tetrapoda, amnion, bulu

Penting untuk dicatat bahwa alasan seperti itu tidak selalu ideal. Sebagai contoh, diketahui bahwa paus dan kuda nil adalah kerabat yang cukup dekat. Mereka hidup di air, jadi masuk akal untuk berasumsi bahwa leluhur mereka tinggal di sana. Namun, fosil menyarankan sebaliknya - mereka mewakili dua cabang berbeda dari nenek moyang yang hidup di darat.

Cladistics menembus genetika

Mudahnya, pertimbangan yang sama berlaku untuk DNA. Cladistics didasarkan pada gagasan bahwa organisme dengan jumlah perbedaan minimum harus paling dekat dengan kekerabatan. Hampir setiap basis berpasangan dapat berubah karena mutasi (kecuali untuk basis gen yang paling penting). Karena itu, setiap pasangan mampu menjadi ciri khas. Sejumlah kecil perubahan memerlukan sejumlah kecil mutasi, sehingga kemungkinan besar berarti perbedaan kecil antara sekuens DNA.

Tiga urutan dalam gambar di bawah ini berbeda, dan perbedaan relatif kedua dan ketiga dengan yang pertama ditandai dengan warna merah. Hanya ada dua perbedaan antara yang pertama dan yang kedua, dan empat antara yang pertama dan ketiga. Ini berarti bahwa dua urutan pertama dihubungkan oleh ikatan yang lebih dekat.



Dan yang mana dari dua urutan pertama yang lebih dekat ke yang ketiga? Untuk melakukan ini, ulangi proses, hanya perhatikan perbedaan sehubungan dengan urutan ketiga.



Dapat dilihat bahwa yang pertama dan kedua memiliki jumlah perbedaan yang sama dengan yang ketiga. Tidak mungkin mengatakan yang mana dari mereka yang lebih dekat. Sebuah pohon yang dibangun atas dasar hubungan ini akan terlihat seperti ini: Para



peneliti, mencari tahu hubungan antara dua organisme, mengandalkan sesuatu yang lebih dari selusin pangkalan berpasangan, tetapi, pada kenyataannya, prosesnya serupa. Anda perlu menempatkan urutan pada pohon yang diusulkan dan melihat berapa banyak perubahan yang diperlukan untuk masing-masing cabang. Kocok pohon dan ulangi analisis. Akibatnya, tugas dikurangi menjadi pencarian sederhana untuk pohon yang membutuhkan paling sedikit perubahan.

Ya, atau hampir sederhana. Satu masalah adalah definisi urutan yang setara. Banyak gen vertebrata milik keluarga genetik yang lebih besar. Orang-orang memiliki 22 anggota keluarga gen FGF yang berbeda. Membandingkannya dengan murine, Anda perlu membandingkan manusia FGF-14 dengan mouse yang setara dengan FGF-14, dan tidak dengan anggota keluarga lainnya. Banyak dari mereka dapat hilang atau digandakan, dan kemudian dua gen dari tipe FGF-14 dapat ditemukan dalam spesies, atau tidak ada.

Peristiwa ini - duplikasi dan penghapusan urutan - terus-menerus terjadi gen luar. Saat membandingkan urutan yang berbeda, Anda perlu memahami bahwa beberapa pangkalan mungkin tidak berubah, tetapi jurang. Urutan lain mungkin mengalami penyisipan pangkalan, yang juga perlu dipertimbangkan. Tetapi dengan DNA yang cukup dan analisis yang cermat, Anda dapat menciptakan kembali pohon evolusi serta menggunakan karakteristik organisme.

Namun, masa lalu juga bisa diciptakan kembali. Mari kita lihat tiga urutan yang sama ditandai berbeda.



Sekarang, basis yang ditandai dengan warna merah berbeda dari basis yang paling umum secara statistik dari ketiga sekuens ini. Jika kita memiliki bukti bahwa urutan-urutan ini memiliki leluhur yang sama, maka kemungkinan besar perbedaan-perbedaan ini adalah mutasi tunggal di masa lalu. Jika demikian, maka kita dapat mengasumsikan urutan leluhur mereka - itu membutuhkan paling sedikit perubahan untuk mendapatkan keturunan. Oleh karena itu, jika pada pangkalan pertama dua dari tiga urutan memiliki G, dan satu memiliki A, maka kemungkinan besar leluhur mereka memiliki G.

Dan analisis ini memiliki keterbatasan. Tidak mungkin untuk mengetahui apakah fondasi telah berubah lebih dari satu kali dalam seluruh sejarah keberadaannya - dan ini menjadi masalah ketika terjun ke masa lalu yang jauh. Tetapi teknologinya berhasil. Kami menggunakannya untuk menciptakan protein purba, yang banyak di antaranya mampu berfungsi dalam kondisi modern. Dalam banyak kasus, mereka memiliki sifat yang berbeda - misalnya, toleransi suhu tinggi - yang dapat memberi tahu kita tentang lingkungan hidup organisme.

Adalah mungkin untuk menggunakan ini untuk menjawab pertanyaan tentang kapan protein nenek moyang atau spesies yang menggunakannya ada. Untuk sebagian besar silsilah, jumlah mutasi baru dapat dihitung, kejadian yang khas untuk setiap generasi. Ini dapat dibandingkan dengan jumlah total mutasi dan menghitung jumlah generasi yang diperlukan untuk mencapai keadaan saat ini dengan urutan. Dengan menambahkan waktu rata-rata antar generasi, Anda dapat memperkirakan waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan DNA hari ini. Kesalahannya besar, tetapi pendekatan ini memiliki kelebihan.

"Jangan mengembalikan masa lalu" adalah klise. Tetapi masa lalu, jelas, meninggalkan bekas pada masa kini. Membaca trek, Anda dapat membuat gambar yang jelas dan informatif tentang masa lalu, bahkan tanpa mesin waktu untuk pergi ke sana secara pribadi.

Catatan perev: Contoh menarik dari penggunaan teknologi untuk memperkirakan waktu yang diperlukan untuk penampilan DNA modern disajikan dalam karya ilmiah Kittler, Kaiser dan Stonking . Diketahui bahwa kutu yang hidup di rambut di kepala seseorang dan kutu yang tinggal di pakaiannya adalah saudara, meskipun jauh. Ternyata Anda dapat menghitung berapa lama jalur genetik mereka berbeda - dan tanggal ini akan menjadi ciri saat orang mulai mengenakan pakaian secara massal. Menurut para ilmuwan, ini terjadi sekitar 72.000 tahun yang lalu. Benar, kesalahannya cukup besar: ± 42.000 tahun.

Source: https://habr.com/ru/post/id398639/