Коллаген из костей вымерших животных подтверждает родство динозавров с птицами, а мастодонтов — со слонами
|
Американские палеонтологи сравнили аминокислотные последовательности фрагментов белка коллагена, извлеченных из костей тираннозавра и мастодонта, с коллагеном современных позвоночных. Оказалось, что «эволюционный сигнал», сохранившийся в обрывках древних белковых молекул, вполне достаточен для установления родственных связей. Даже если бы о тираннозавре и мастодонте не было известно ничего, кроме структуры фрагментов коллагена, извлеченных из ископаемых костей, этой информации хватило бы, чтобы установить близкое родство первого из двух животных с птицами, а второго — со слонами.
«Элементы» уже рассказывали о работе американского палеонтолога Мэри Швайцер (Mary Higby Schweitzer) и ее коллег по извлечению сохранившихся фрагментов белковых молекул из ископаемых костей давно вымерших животных (см.: Коллаген из костей динозавров — это уже реальность, «Элементы», 20.04.2007). В прошлом году исследователи сообщили об успешном выделении фрагментов коллагена из костей мастодонта Mammut americanum, жившего свыше 160 тысяч лет назад, и динозавра Tyrannosaurus rex (возраст костей — 68 млн лет). Исследователи сообщили также о предварительных результатах, согласно которым аминокислотная последовательность фрагментов коллагена динозавра больше похожа на таковую птиц, чем других позвоночных. Однако до сих пор оставалось неясным, сохранился ли в коротких фрагментах белков, выделенных из доисторических костей, достаточно четкий «эволюционный сигнал», чтобы их можно было использовать для серьезных филогенетических реконструкций. Иными словами, нужно было выяснить, насколько достоверными являются выводы о родственных связях между организмами, основанные на сравнении таких коротеньких обрывков белковых молекул.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи собрали данные по аминокислотным последовательностям коллагена представителей всех основных групп позвоночных животных. Некоторые последовательности нашлись в белковых базах данных, другие удалось реконструировать по нуклеотидным последовательностям отсеквенированных геномов, третьи были добыты авторами экспериментальным путем — например, из костей аллигатора Alligator mississippiensis коллаген извлекался и исследовался примерно теми же методами, что и из костей динозавра.
В итоге удалось собрать «коллекцию» аминокислотных последовательностей коллагена, включающую данные по 21 виду современных позвоночных (хрящевые и костные рыбы, земноводные, ящерица, аллигатор, страус, курица, опоссум, тенрек, слон, корова, собака, мышь, крыса, макак резус, шимпанзе, человек). Объединив эти данные по целым молекулам коллагена с теми довольно жалкими обрывками, которые удалось извлечь из костей динозавра, и несколько более внушительными фрагментами коллагена мастодонта, авторы применили к этим данным всю мощь современных методов построения филогенетических реконструкций. Эти методы делятся на четыре большие группы (bayesian, likelihood, parsimony, distance). Авторы применили к своим данным все эти методы и получили на выходе весьма сходные эволюционные деревья, что свидетельствует о высокой достоверности результатов филогенетического анализа. Результаты оказались сходными не только между собой, но и с имеющимися представлениями об эволюции позвоночных.
|
Тираннозавр попал в одну группу (кладу) с птицами, а ближайшим родственником этой клады оказался аллигатор. Это соответствует общепринятым представлениям об архозаврах как о кладе, включающей крокодилов, текодонтов, динозавров и птиц. Мастодонт объединился со слоном — эта клада соответствует хоботным. Ближайшим их родственником оказался тенрек (Echinops). По современным представлениям, тенреки и хоботные действительно происходят от общего предка и объединяются в естественную группу Afrotheria. Другие детали дерева, показанного на рисунке, тоже вполне соответствуют современным взглядам на эволюцию позвоночных, за исключением нескольких мелких деталей (например, ящерицы оказались «сестринской группой» по отношению к архозаврам и млекопитающим, хотя более «правильным» было бы их положение как сестринской группы по отношению только к архозаврам).
В целом, однако, результаты получились вполне удовлетворительные. Стало ясно, что извлеченных из ископаемых костей маленьких фрагментов коллагена достаточно для того, чтобы довольно точно определить положение древнего животного на эволюционном древе. Даже если бы о мастодонте и тираннозавре не было известно абсолютно ничего, кроме структуры крохотных фрагментов коллагена, мы всё равно смогли бы установить, что одно из этих животных было близкой родней птиц, а другое — слонов. Это позволяет надеяться, что многие спорные вопросы, связанные с эволюцией и родственными связями давно вымерших животных, смогут быть в конце концов разрешены.
Чтобы читатели могли получить представление о том, сколь скудные данные оказались достаточными для построения «правильных» эволюционных деревьев при помощи современных методов, привожу аминокислотные последовательности фрагментов коллагена, извлеченных из костей тираннозавра, а также гомологичные им фрагменты коллагена курицы и человека (все последовательности, использованные в работе, приведены в дополнительных материалах к статье). Красным цветом выделены аминокислоты, отличающиеся от «динозавровых».
Фрагмент 1:
тираннозавр GATGAPGIAGAPGFPGARGAPGPQGPSGAPGPK
курица GATGAPGIAGAPGFPGARGPSGPQGPSGAPGPK
человек GANGAPGIAGAPGFPGARGPSGPQGPGGPPGPK
Фрагмент 2:
тираннозавр GVQGPPGPQGPR
курица GVQGPPGPQGPR
человек GVQGPPGPAGPR
Фрагмент 3:
тираннозавр GSAGPPGATGFPGAAGR
курица GSAGPPGATGFPGAAGR
человек GSAGPPGATGFPGAAGR
Фрагмент 4:
тираннозавр GVVGLPGQR
курица GVVGLPGQR
человек GVVGLPGQR
Фрагмент 5:
тираннозавр GLPGESGAVGPAGPPGSR
курица GLPGESGAVGPAGPIGSR
человек GPPGESGAAGPTGPIGSR
По мнению большинства специалистов, современные птицы являются прямыми потомками хищных динозавров-теропод. Существует, однако, альтернативная точка зрения, согласно которой «настоящие» (веерохвостые) птицы, в отличие от археоптерикса и других ископаемых «ящерохвостых» птиц, произошли не от динозавров, а от общих с динозаврами предков — триасовых текодонтов (см.: Малый размер птичьих геномов — наследие эпохи динозавров, «Элементы», 16.03.2007). Новые данные, к сожалению, не позволяют разрешить этот спор, поскольку обе версии предполагают, что птицы ближе к динозаврам, чем к крокодилам, а для большей детализации эволюционного древа вымерших архозавров нужны гораздо более подробные молекулярные данные по ископаемым представителям этой группы.
Источник: Chris L. Organ, Mary H. Schweitzer, Wenxia Zheng, Lisa M. Freimark, Lewis C. Cantley, John M. Asara. Molecular Phylogenetics of Mastodon and Tyrannosaurus rex // Science. 2008. V. 320. P. 499.
Александр Марков
