Como podemos recriar nosso passado evolutivo

A abordagem chamada " cladística " trabalha com organismos vivos, fósseis e DNA.



Como sabemos como eram as formas de vida de hoje quando elas evoluíram pela primeira vez? Durante anos, os biólogos puderam tirar conclusões sobre os ancestrais comuns das formas de vida atuais, com base em cladísticas, que estimavam o número de semelhanças. Essa abordagem trabalhou com fósseis e criaturas vivas e nos permitiu classificá-los em hierarquias de ramificação, a partir de um ancestral comum. Mas hoje temos DNA em vez de formas ósseas e número de dentes.

Como construímos uma árvore para ela? Acontece que a abordagem cladística geral também funciona aqui.

Cladistics

Suponha que precisamos entender os ancestrais dos mamíferos. Para fazer isso, é necessário tomar um grupo separado, mas os répteis relacionados são adequados para mamíferos. Répteis e mamíferos têm muitas características em comum - quatro membros (todos eles são tetrápodes, até cobras e baleias com membros rudimentares). Existem diferenças - pêlos ou ossos especiais no ouvido interno. Existem características parcialmente semelhantes - pôr ovos em um ornitorrinco, ou características presentes apenas em um determinado grupo - voando em morcegos.

Usando esses recursos, você pode acompanhar como tudo está agrupado. Embora os morcegos e as baleias sejam muito diferentes, eles não põem ovos; portanto, provavelmente, eles estão mais relacionados entre si do que com ovíparos.. E como estes põem ovos, como répteis, provavelmente se ramificaram da árvore de desenvolvimento dos mamíferos muito cedo.

Às vezes, características estranhas violam a harmonia da árvore - por exemplo, cobras e baleias têm apenas membros rudimentares, apesar do fato de que, para outros sinais, elas estão fracamente conectadas. Às vezes, esses problemas são resolvidos coletando informações sobre um número suficiente de recursos. O número de diferenças que separam as baleias e outros mamíferos é menor que o número de características semelhantes.

A lógica dessa análise é simples: quanto mais membros de um grupo estão mais intimamente relacionados, menos diferenças eles têm. Portanto, as pessoas claramente pertencem a primatas, e não a roedores.

Cladistics pode ajudar a resolver o passado. Répteis e ovipositores depositam seus ovos, como o ornitorrinco, pode-se supor que no momento em que os ovíparos separaram a árvore dos mamíferos, todos os seus ancestrais também depositaram seus ovos. Você pode entender quais características apareceram pela primeira vez em mamíferos extintos e fazer uma ordem de galhos a partir da árvore do desenvolvimento.


Tubarões / peixes-raio / anfíbios / primatas / roedores / crocodilos / pássaros
Ramos de baixo para cima: esqueleto ósseo, tetrápodes, amnion, peles

É importante notar que esse raciocínio nem sempre é ideal. Por exemplo, sabe-se que baleias e hipopótamos são parentes bastante próximos. Como eles vivem na água, seria lógico supor que seu ancestral morasse lá. No entanto, os fósseis sugerem o contrário - eles representam dois ramos diferentes dos ancestrais que viviam em terra.

Cladística penetra genética

Convenientemente, as mesmas considerações se aplicam ao DNA. Cladistics baseia-se na ideia de que organismos com um número mínimo de diferenças devem estar mais próximos do parentesco. Quase todas as bases emparelhadas podem mudar devido a uma mutação (exceto as bases dos genes mais importantes). Portanto, cada par pode se tornar uma marca registrada. Um pequeno número de alterações requer um pequeno número de mutações, portanto, muito provavelmente significa uma pequena diferença entre as seqüências de DNA.

As três sequências na figura abaixo são diferentes e a diferença entre a segunda e a terceira em relação à primeira é marcada em vermelho. Existem apenas duas diferenças entre o primeiro e o segundo e quatro entre o primeiro e o terceiro. Isso significa que as duas primeiras seqüências são conectadas por laços mais estreitos.



E qual das duas primeiras seqüências está mais próxima da terceira? Para fazer isso, repita o processo, observe apenas as diferenças em relação à terceira sequência.



Pode-se ver que o primeiro e o segundo têm o mesmo número de diferenças com o terceiro. É impossível dizer qual deles está mais próximo. Uma árvore construída com base nessa relação terá a seguinte aparência: os



pesquisadores, descobrindo a relação entre os dois organismos, confiam em algo mais do que apenas uma dúzia de bases emparelhadas, mas, na verdade, o processo é semelhante. Você precisa colocar a sequência na árvore proposta e ver quantas alterações são necessárias para cada um dos ramos. Embaralhe a árvore e repita a análise. Como resultado, a tarefa é reduzida a uma pesquisa simples de uma árvore que requer o menor número de alterações.

Bem, ou quase simples. Um problema é a definição de sequências equivalentes. Muitos genes de vertebrados pertencem a famílias genéticas maiores. As pessoas têm 22 membros diferentes da família do gene FGF. Comparando-os com murinos, você precisa comparar o FGF-14 humano com o equivalente do mouse ao FGF-14, e não com outros membros da família. Muitos deles podem ser perdidos ou duplicados e, em seguida, dois genes do tipo FGF-14 podem ser encontrados na espécie, ou nenhum.

Esses eventos - duplicação e exclusão de seqüências - ocorrem constantemente fora dos genes. Ao comparar sequências diferentes, você precisa entender que algumas bases podem não mudar, mas um abismo. Outras seqüências podem experimentar uma inserção de bases, o que também precisa ser considerado. Mas com DNA suficiente e análise cuidadosa, é possível recriar árvores evolutivas, bem como usar as características dos organismos.

No entanto, o passado também pode ser recriado. Vamos dar uma olhada nas mesmas três seqüências marcadas de maneira diferente.



Agora, as bases marcadas em vermelho diferem das bases estatisticamente mais comuns dessas três seqüências. Se tivermos evidências de que essas seqüências tinham um ancestral comum, provavelmente essas diferenças são mutações únicas no passado. Nesse caso, podemos assumir a sequência de seus ancestrais - requer o menor número de alterações para obter descendentes. Portanto, se na primeira base duas das três seqüências têm G e uma tem A, provavelmente o ancestral teve G.

E essa análise tem suas limitações. É impossível descobrir se a fundação mudou mais de uma vez em toda a história de sua existência - e isso se torna um problema ao mergulhar no passado distante. Mas a tecnologia funciona. Nós o usamos para recriar proteínas antigas, muitas das quais são capazes de funcionar em condições modernas. Em muitos casos, eles têm propriedades diferentes - digamos, tolerância a altas temperaturas - que podem nos falar sobre o ambiente de vida dos organismos.

É possível usar isso para responder à pergunta de quando existia a proteína ancestral ou as espécies que a usavam. Para a maioria das linhagens, o número de novas mutações pode ser calculado, cuja ocorrência é típica para cada geração. Pode ser comparado com o número total de mutações e contar o número de gerações necessárias para atingir o estado atual pela sequência. Ao adicionar o tempo médio entre gerações, você pode estimar o tempo necessário para produzir o DNA atual. Os erros são grandes, mas essa abordagem tem suas vantagens.

"Não retorne ao passado" é um clichê. Mas o passado, obviamente, deixa sua marca no presente. Ao ler as faixas, você pode compor uma imagem vívida e informativa do passado, mesmo sem uma máquina do tempo para ir para lá pessoalmente.

Nota perev: Um exemplo interessante do uso da tecnologia para estimar o tempo necessário para o aparecimento do DNA moderno é apresentado no trabalho científico de Kittler, Kaiser e Stonking . Sabe-se que os piolhos que vivem nos cabelos da cabeça de uma pessoa e os que vivem em suas roupas são parentes, embora distantes. Acontece que você pode calcular quanto tempo os caminhos genéticos divergiram - e essa data caracterizará o momento em que as pessoas começaram a vestir roupas em massa. Segundo os cientistas, isso aconteceu cerca de 72.000 anos atrás. É verdade que o erro é considerável: ± 42.000 anos.

Source: https://habr.com/ru/post/pt398639/