我们如何重塑进化的过去

这种称为“ 进化论的方法适用于活生物体,化石和DNA。



我们如何知道今天的生命形式最初发展时是什么样的?多年以来,生物学家可以根据分类法(估计相似点的数量)得出有关当今生命形式的共同祖先的结论。这种方法适用于化石和生物,并允许我们从一个共同的祖先开始将它们分类为分支层次结构。但是今天我们有了DNA,而不是骨骼形状和牙齿数量。

我们如何为她建树?事实证明,一般的分类方法在这里也适用。

古典主义


假设我们需要了解哺乳动物的祖先。为此,您需要一个单独的但又相关的组-爬行动物适合哺乳动物。爬行动物和哺乳动物具有许多共同的特征-四个肢体(它们都是四足动物,甚至是蛇和鲸鱼,肢体都很粗壮)。有区别-内耳的毛皮或特殊骨骼。有部分相似的特征-蝙蝠飞,在鸭嘴兽中产卵,或仅在特定群体中存在。

使用这些功能,您可以跟踪所有内容的分组方式。虽然蝙蝠和鲸鱼有很大的不同,他们不下蛋,所以,最有可能的,他们通过相互亲属关系的要强于egglayers。由于后者像爬行动物一样产卵,因此它们很可能很早就从哺乳动物的发育树中分支出来了。

有时,奇怪的特征会破坏树的和谐性,例如,蛇和鲸鱼只有四肢简陋,尽管事实上对于其他标志它们是松散连接的。有时可以通过收集足够数量的功能信息来解决此类问题。分隔鲸鱼和其他哺乳动物的差异的数量小于相似特征的数量。

这种分析的逻辑很简单:组中成员越紧密相关,它们之间的差异就越小。因此,人们显然属于灵长类动物,而不是啮齿动物。

Cladistics可以帮助理清过去。爬行动物和产卵者像鸭嘴兽一样产卵,可以假设在卵生卵分离哺乳动物树时,他们的所有祖先都产卵了。您可以了解灭绝的哺乳动物最初出现的特征,并从发育树中排列出一些分支。


鲨鱼/鳍鱼/两栖动物/灵长类动物/啮齿动物/鳄鱼/鸟类
从下至上的分支:骨骼,四足动物,羊膜,毛皮


重要的是要注意,这种推理并不总是理想的。例如,已知鲸鱼和河马是近亲。他们生活在水中,因此假设其祖先生活在水中是合乎逻辑的。但是,这些化石却提出了相反的结论-它们代表了生活在陆地上的祖先的两个不同分支。

Cladistics渗透遗传学


方便地,相同的考虑也适用于DNA。 Cladistics基于这样的思想,即差异最少的生物应通过亲缘关系最密切地关联。几乎每个配对的碱基都可以因突变而发生变化(最重要的基因的碱基除外)。因此,每一对都可以成为标志。少量的变化需要少量的突变,因此很可能意味着DNA序列之间的微小差异。

下图中的三个序列不同,第二个和第三个相对于第一个的差异用红色标记。第一和第二之间只有两个区别,而第一和第三之间只有四个区别。这意味着前两个序列由更紧密的纽带连接。



前两个序列中的哪个更接近第三个?为此,重复该过程,仅注意与第三序列有关的差异。



可以看出,第一和第二与第三具有相同数量的差异。不可能说其中哪一个更接近。建立在这种关系基础上的一棵树将看起来像这样:



研究人员在弄清楚这两种生物之间的关系时,所依赖的不仅仅是十多个配对碱基,但是实际上,过程是相似的。您需要将序列放在建议的树上,并查看每个分支需要进行多少更改。随机排列树并重复分析。结果,该任务简化为简单搜索需要最少数量更改的树。

好吧,或者几乎是简单的。一个问题是等效序列的定义。许多脊椎动物基因属于更大的遗传家族。人们有22个不同的FGF基因家族成员。将它们与鼠类进行比较,您需要将人FGF-14与相当于FGF-14的小鼠进行比较,而不是与该家族的其他成员进行比较。它们中的许多可能会丢失或重复,然后在该物种中发现两个FGF-14类型的基因,或者一个都找不到。

这些事件-序列的重复和缺失-经常在基因外部发生。比较不同序列时,您需要了解某些碱基可能不会改变,而是一个鸿沟。其他序列可能会经历碱基插入,这也需要考虑。但是只要有足够的DNA和仔细的分析,您就可以重建进化树以及利用生物的特征。

但是,过去也可以重现。让我们看看标记相同的三个序列。



现在,红色标记的碱基与这三个序列的统计学上最常见的碱基不同。如果我们有证据表明这些序列具有共同的祖先,那么这些差异很可能是过去的单个突变。如果是这样,那么我们可以假设其祖先的顺序-它需要最少的更改次数才能获得后代。因此,如果在三个序列中的两个序列的第一个碱基具有G,而一个序列具有A,则其祖先很可能具有G。

而且这种分析有其局限性。不可能确定基金会在其存在的整个历史中是否曾多次改变过-当陷入遥远的过去时,这便成为一个问题。但是这项技术确实有效。我们用它来重建古老的蛋白质,其中许多蛋白质可以在现代条件下发挥作用。在许多情况下,它们具有不同的属性(例如,耐高温性),可以告诉我们生物的生存环境。

可以使用它来回答祖先蛋白质或使用它的物种何时存在的问题。对于大多数谱系,可以计算出新突变的数量,这种突变的发生对于每一代都是典型的。可以将其与突变总数进行比较,并通过序列计算达到当前状态所需的世代数。通过添加各代之间的平均时间,您可以估算出产生当今DNA所需的时间。误差很大,但是这种方法有其优点。

“不要过去”是老生常谈。但是,过去显然在现在留下了印记。阅读曲目,即使没有时间机器,您也可以撰写生动生动的过去图画,亲自去那里。

注意事项佩雷夫Kittler,Kaiser和Stonking科学著作提供了一个有趣的示例,说明了使用技术估算现代DNA出现所需的时间众所周知,生活在一个人头上的头发上的虱子和生活在他的衣服上的虱子是亲戚,尽管他们是遥远的。事实证明,您可以计算出他们的遗传途径相距多久了-这个日期将代表人们开始大量穿衣服的那一刻。据科学家称,这发生在大约72,000年前。没错,误差是可观的:±42,000年。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398639/


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