Метод "молекулярных часов" - Методы исследований, используемые в современной геологической науке

Традиционно эволюция жизни на Земле восстанавливается путем накопления палеонтологических данных. Однако сложность интерпретации геологической информации об ископаемых организмах, неполнота и различные дефекты палеонтологической летописи, несовершенство существующих методик обработки данных о древней биоте и т. д. создают значительные препятствия на пути познания биологической эволюции. Для иллюстрации сказанного приведем два факта. Долгое время считалось, что остатки древнейших на Земле организмов возрастом 3,8 Ga найдены в Гренландии. Однако новые исследования показали, что данные остатки (независимо от того, являются ли они органическими или нет, хотя последнее вероятно) имеют существенно более молодой возраст (Appel et al., 2003). Таким образом, возраст наиболее древних организмов оказывается меньшим, чем предполагалось. Тем не менее, жизнь на Земле наверняка появилась раньше (Russell, 2009). В качестве другого факта можно указать, что степень изученности морских и континентальных организмов принципиально различна, и, возможно, мы существенно недооцениваем роль континентальной биоты в общей эволюции жизни на Земле (Russell, 2009).

Новейшей альтернативой традиционному направлению исследований является метод "молекулярных часов". Он интенсивно развивался с 1960-х годов, однако наиболее широко стал использоваться лишь в последние 5-10 лет. Смысл данного метода заключается в следующем. Анализ генетической информации, полученной из современных организмов (по ДНК и протеиновым последовательностям), позволяет определить степень их родства и реконструировать порядок образования от некоторых общих предковых форм (Hedges, Kumar, 2009). При этом считается, что молекулярные изменения достаточно постоянны, предсказуемы, а потому пригодны для статистического моделирования. Современные технологии также позволяют учесть возможные отклонения от постоянных величин указанных изменений. Таким образом, разработан метод оценки времени между дивергенцией форм от последнего общего предка. Результатом дивергенции является появление новых линий организмов, что также может быть датировано. Исходя из этого, строится т. н. "дерево времени" (аналог генеалогического древа), которое отражает последовательность и время дивергенций организмов, приведших, в конечном итоге, к появлению современных форм. Иными словами, анализ только лишь современной генетической информации позволяет реконструировать биотическую эволюцию и описывать ее в масштабе геологического времени.

Метод "молекулярных часов" получил особое распространение с начала 2000-х годов, а его результаты привлекают к себе все большее внимание. Они позволяют предполагать с той или иной степенью достоверности время появления таксонов при отсутствии надежных палеонтологических данных. По сути активное развитие данного метода открыло совершенно новое направление в изучении эволюции жизни на Земле. Большие перспективы связаны с анализом информации не только по современным, но и по ископаемым организмам, а также совершенствованием калибровок датирования происхождения новых таксонов от общего предка (Hedges, Kumar, 2009). К настоящему времени достигнут значительный прогресс в использовании метода "молекулярных часов" относительно большого количества групп живых организмов. В 2009 г. информация, полученная в ведущих мировых лабораториях, была суммирована и издана в виде справочника, где учитываются (будучи критически рассмотрены) данные по 1610 семействам всех трех надцарств (Hedges, Kumar, 2009). Ниже приводятся некоторые, в. т. наиболее интересные с точки зрения общей геологической эволюции планеты, датировки событий, полученные с помощью метода "молекулярных часов":

Появление жизни на Земле - 4,4-4,2 Ga;

Первая дивергенция жизни - 4,2 Ga;

Появление эукариотов (Eukaryota) - 2,0 Ga;

Первая дивергенция эукариотов (Eukaryota) - 1594 Ma;

Появление грибов (Fungi) - 1368 Ma;

Появление животных (Metazoa) - 1020 Ma;

Появление наземных растений (Embryophyta) - 936 Ma;

Появление иглокожих (Echinodermata) - 795 Ma;

Появление позвоночных (Vertebrata) - 774 Ma;

Появление моллюсков (Mollusca) - 698 Ma;

Первая дивергенция наземных растений (Embryophyta) - 593 Ma;

Первая дивергенция пауков (Araneae) - 392 Ma;

Появление покрытосеменных растений - 355 Ma;

Первая дивергенция жуков (Coleoptera) - 285 Ma;

Появление лягушек и жаб (Anura) - 264 Ma;

Первая дивергенция диатомовых водорослей (Bacillariophyta) - 207,5 Ma;

Первая дивергенция птиц (Aves) - 119 Ma;

Первая дивергенция крокодилов (Crocodylia) - 102,6 Ma;

Появление грызунов (Rodentia) - 86,4 Ma;

Появление приматов (Primates) - 86,2 Ma;

Появление летучих мышей (Chiroptera) - 84,2 Ma;

Появление плотоядных (Carnivora) - 79,8 Ma;

Дивергенция сов (Strigiformes) - 71,1 Ma;

Дивергенция плотоядных на Caniformia и Feliformia - 52,9 Ma;

Появление гоминид (Hominidae) - 18,8 Ma.

ПРИМЕЧАНИЯ: 1) стандартные обозначения единиц времени: Ga - млрд л., Ma - млн л.; 2) даны упрощенные названия групп живых организмов, а их соответствие биологической номенклатуре указывается согласно (Hedges, Kumar, 2009).

Похожие статьи




Метод "молекулярных часов" - Методы исследований, используемые в современной геологической науке

Предыдущая | Следующая