Graptolitų iteracinė evoliucija
Vilniaus ir Viktorijos (Britų Kolumbija, Kanada) universitetų studento ir mokslininkų komanda paskelbė straipsnį „Moving towards a better understanding of iterative evolution: an example from the late Silurian Monograptidae (Graptolithina) of the Baltic Basin https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pala.12477“ („Judant link geresnio iteracinės evoliucijos supratimo: Baltijos Baseino vėlyvojo silūro Monograptidų (Graptolithina) pavyzdys“) britų paleontologijos asociacijos leidžiamame „Palaeontology“ žurnale, kuris yra vienas iš pačių įtakingiausių šios mokslo srities periodinių leidinių pasaulyje.
Tarptautinės magistrantūros sėkmės rezultatas
Straipsnio pirmasis autorius Misha Whittingham Vilniaus universiteto geologijos magistras (o šiuo metu Karltono universiteto Otavoje (Kanada) doktorantas) prieš tris metus atkeliavo į Lietuvą iš Kanados, išgirdęs apie čia vykdomus inovatyvius paleozojaus eros gyvybės tyrimus, ir norėdamas įgauti unikalių žinių, kurios pravers jo tolimesnėje mokslinėje karjeroje. Vadovaujamas prof. Sigito Radzevičiaus – graptolitų – dominuojančios senovinio planktono grupės specialisto, ir konsultuojamas doc. Andrejaus Spiridonovo – paleontologo ir stratigrafo teoretiko, nusprendė ištirti taksonomiškai ir evoliuciškai ypač sudėtingą atvejį – monograptidinių graptolitų iteracinę (atsikartojančios sandaros) evoliuciją.
Filogenetinė sistematika – tai algoritminis būdas rūšių tarpusavio sąryšių nustatymui — yra puikus metodas evoliucijos eigos supratimui, jei pats evoliucijos procesas dideliuose laiko masteliuose veikia pakankamai tolygiai ir naujai nepriklausomai atsirandančios rūšis pakankamai stipriai skiriasi tarpusavyje. Tačiau, šios tolygumo ir sandaros unikalumo prielaidos bendru atveju nėra teisingos ir tuomet filogenetiniai metodai rodo stipriai klaidinančius rezultatus. Kai kada, veikiant evoliucijai, viena su kita nesusijusios rūšių grupės, patekusios į evoliuciškai panašias sąlygas, įgyja labai panašią, netgi molekuliniame lygyje, sandarą (konverguoja). Jei tokios sąlygos epizodiškai atsikartoja, paleontologai dažnai stebi faktiškai identiškų rūšių „spiečius“, kurie vieni su kitais filogenetiškai nesusiję. Jei tokių atskirų evoliucinių radiacijų atstovus įjungti į įprastinę filogenetinę analizę – ji suras visiškai neteisingus rezultatus. Dėl šios priežasties nemaža dalis paleontologų nenoriai naudojasi klasikinės filogenetinės analizės metodais.
Norėdamas išspręsti šią evoliucijos proceso pažinimo problemą, Misha pasinaudojo taip vadinama stratokladistikos metodika, kuri papildo organizmų požymius laiko paplitimo požymiais, t.y. kokiose epochose gyveno viena ar kita rūšis. Teoriniai tyrimai parodė, kad ši metodika turėtų atkurti filogenijas žymiai tiksliau nei bet kurie kiti, į save laiko požymio neįtraukiantys, metodai. Tačiau, stratokladistikos metodika turi labai rimtą problemą - joje naudojamas laiko požymis teoriškai gali būti skaidomas iki begalybės, tokiu būdu nusveriant bet kokią organizmų lygmens panašumo informaciją. Laimei, tyrėjai surado būdą kaip objektyviai galima išspręsti šią problemą. Naudodamiesi patikimumo teorijos matematiniais ir skaitiniais modeliais, jie įvertino graptolitų paleontologinio metraščio pilnumo laipsnį ir nustatė kokio dydžio spragos tarp protėvių ir palikuonių yra tikėtinos ir kokios yra neįmanomos. Ši prieiga leidžia objektyviai sulyginti laikinio paplitimo ir morfologinės sandaros informaciją suminėje filogenetinėje optimizacijoje – protėvių, palikuonių ir seserinių kladų paieškoje.
Autorių nustatyti dėsningumai parodė, kad dauguma tirtų graptolitų išties išnyko Muldės masinio išmirimo metu prieš daugiau nei 428 milijonus metų, o iš vienos išlikusios rūšies iš naujo atsiradusios rūšys ne tik užpildė anksčiau buvusių rūšių vakansijas bet ir žymiai išplėtė šios grupės morfologinės sandaros ir ekologinio dominavimo ribas vos per kelis šimtus tūkstančių metų.
Autorių pateiktos metodologinės inovacijos turėtų dominti ne tik makroevoliucija besidominčius paleontologus ir evoliucinius biologus, bet ir epidemiologus ir evoliucinės medicinos specialistus. Kadangi mikroorganizmų (pvz. virusų) evoliucija dėl greitos organizmų kartų kaitos vyksta labai greitai ir mokslininkai tirdami pacientus, užkonservuoja ir ištiria virusų (ar bakterijų) mėginius iš skirtingų laikotarpių, ši tyrimų situacija tampa labai panaši į paleontologijos praktiką. Atskiri bandiniai yra paimami dideliais intervalais, o tarp jų yra nemaži laikotarpiai, kuriuose nežinoma kaip iš tiesų vyko evoliucija. Dėl šios priežasties analogiškus stratokladistikos metodus (ir jiems artimus) vis dažniau naudoja evoliucinės medicinos ir epidemiologijos specialistai savo praktikoje nuspėdami žalingų mikroorganizmų (arba pvz. vėžinių ląstelių) evoliucinių adaptacijų kelius, kitais žodžiais tariant, atskleidžia jų filodinamiką.
Tyrimas buvo finansuotas Lietuvos mokslo tarybos projekto S-MIP-19-15 „Silūro periodo ekosistemų sąranga ir griūtis - bioįvairovės išlikimas ekstremalaus klimato sąlygomis“ lėšomis.
Nuorodos:
Misha (ant ChGF fakulteto video užsklandos ir kalba nuo 1:23) https://www.youtube.com/watch?v=_rdqOHPgFDQ