Arborele evoluției animalelor. „Arborele evolutiv”

Craniul lui Ichthyostega era asemănător cu craniul unui pește cu aripioare lobe Eusthenopteron, dar un gât pronunțat despărțea corpul de cap. În timp ce Ichthyostega avea patru membre puternice, forma picioarelor din spate sugerează că acest animal nu și-a petrecut tot timpul pe uscat.

Primele reptile și oul amniotic

Eclozarea unei țestoase dintr-un ou

Una dintre cele mai mari inovații evolutive ale perioadei Carbonifer (acum 360 - 268 de milioane de ani) a fost oul amniotic, care a permis reptilelor timpurii să iasă din habitatele de coastă și să colonizeze zonele uscate. Oul amniotic a permis strămoșilor păsărilor, mamiferelor și reptilelor să se reproducă pe uscat și să împiedice uscarea embrionului din interior, astfel încât să poată supraviețui fără apă. Acest lucru a însemnat, de asemenea, că, spre deosebire de amfibieni, reptilele ar putea produce mai puține ouă la un moment dat, deoarece riscurile de a muri puii au fost reduse.

Cea mai veche dată pentru dezvoltarea unui ou amniotic este acum aproximativ 320 de milioane de ani. Cu toate acestea, reptilele nu au experimentat nicio radiație adaptativă semnificativă timp de încă 20 de milioane de ani. Gândirea modernă este că acești amnioți timpurii au petrecut încă timp în apă și au ajuns la țărm în primul rând pentru a-și depune ouăle decât pentru a se hrăni. Abia după evoluția ierbivorelor au apărut noi grupuri de reptile capabile să exploateze diversitatea floristică abundentă a perioadei Carbonifer.

Gilonomous

Reptilele timpurii au aparținut unui ordin numit captorinide. Hylonomus erau reprezentanți ai acestui ordin. Erau animale mici de mărimea unei șopârle, cu cranii de amfibieni, umeri, pelvisuri și membre, precum și dinți și vertebre intermediare. Restul scheletului era reptilian. Multe dintre aceste noi caracteristici „reptiliane” sunt văzute și la amfibienii mici și moderni.

Primele mamifere

Dimetrodon

O tranziție majoră în evoluția vieții a avut loc atunci când mamiferele au evoluat dintr-o singură linie de reptile. Această tranziție a început în perioada Permiană (acum 286 - 248 de milioane de ani), când un grup de reptile care includea Dimetrodon a dat naștere la „teribilele” terapside. (Cealaltă filiație majoră, sauropsidele, a dat naștere păsărilor și reptilelor moderne). Aceste reptile mamifere, la rândul lor, au dat naștere unor cinodonți precum Thrinaxodon ( Thrinaxodon) în perioada triasică.

Trinaxodon

Această linie evolutivă oferă o serie excelentă de fosile de tranziție. Dezvoltarea unei caracteristici cheie a mamiferelor, prezența unui singur os în maxilarul inferior (comparativ cu mai multe la reptile), poate fi urmărită prin istoria fosilelor acestui grup. Include fosile excelente de tranziție, DiarthrognathusŞi Morganucodon, ale căror fălci inferioare au articulații atât reptiliene, cât și mamifere, cu fălcile superioare. Alte caracteristici noi găsite în această filiație includ dezvoltarea diferitelor tipuri de dinți (o caracteristică cunoscută sub numele de heterodonție), formarea unui palat secundar și o creștere a osului dentar în maxilarul inferior. Picioarele erau situate direct sub corp, un avans evolutiv care a avut loc la strămoșii dinozaurilor.

Sfârșitul perioadei Permian a fost marcat de poate cel mai mare. Potrivit unor estimări, până la 90% dintre specii au dispărut. (Studii recente au sugerat că acest eveniment a fost cauzat de un impact de asteroizi, declanșând schimbările climatice.) În perioada Triasică ulterioară (acum 248 - 213 milioane de ani), indivizii supraviețuitori după extincție în masă a început să ocupe nişe ecologice vacante.

Cu toate acestea, la sfârșitul perioadei Permian, dinozaurii, nu mamiferele reptiliene, au fost cei care au profitat de nișele ecologice nou disponibile pentru a se diversifica în vertebrate terestre dominante. În mare, peștii cu aripioare raze au început un proces de radiație adaptivă, ceea ce a făcut din clasa lor cea mai bogată în specii dintre toate clasele de vertebrate.

Clasificarea dinozaurilor

Una dintre schimbările majore în grupul de reptile care au dat naștere dinozaurilor a fost postura animalelor. Locația membrelor s-a schimbat: anterior ieșeau pe părțile laterale și apoi au început să crească direct sub corp. Acest lucru a avut implicații semnificative pentru locomoție, permițând mișcări mai eficiente din punct de vedere energetic.

Triceratops

Dinozaurii sau „șopârlele de teroare” sunt împărțiți în două ordine în funcție de structura articulației șoldului: șopârlă-șold și ornitischian. Ornitischienii includ Triceratops, Iguanodon, Hadrosauri și Stegosauri). Șopârlele sunt mai departe împărțite în teropode (cum ar fi Coelophysis și Tyrannosaurus rex) și sauropode (cum ar fi Apatosaurus). Majoritatea oamenilor de știință sunt de acord că provin de la dinozauri teropode.

Deși dinozaurii și strămoșii lor imediati au dominat lumea terestrăÎn timpul Triasicului, mamiferele au continuat să evolueze în acest timp.

Dezvoltarea ulterioară a mamiferelor timpurii

Mamiferele sunt sinapside avansate. Sinapside - una dintre cele două mari ramuri arborele genealogic amniot Amnioții sunt un grup de animale care se caracterizează prin prezența membranelor embrionare, inclusiv reptile, păsări și mamifere. Celălalt grup amniotic major, Diapsidele, include păsările și toate reptilele vii și dispărute, cu excepția țestoaselor. Țestoasele aparțin celui de-al treilea grup de amnioți - Anapside. Membrii acestor grupuri sunt clasificați după numărul de deschideri din regiunea temporală a craniului.

Dimetrodon

Sinapsidele se caracterizează prin faptul că au o pereche de găuri suplimentare în craniu în spatele ochilor. Această descoperire a dat sinapsidelor (și în mod similar diapsidelor, care au două perechi de deschideri) mușchi ai maxilarului mai puternici și abilități de mușcătură mai bune decât animalele timpurii. Pelicozauri (cum ar fi Dimetrodon și Edaphosaurus) au fost sinapside timpurii; erau mamifere reptiliene. Sinapsidele ulterioare au inclus terapside și cinodonți, care au trăit în perioada triasică.

Cynodont

Cinodonții aveau multe trăsături caracteristice mamiferelor, inclusiv un număr redus sau absența completă a coastelor lombare, sugerând prezența unei diafragme; canini bine dezvoltati si palatul secundar; dimensiunea crescută a dentiției; deschideri pentru nervi și vasele de sânge în maxilarul inferior, indicând prezența vibriselor.

Cu aproximativ 125 de milioane de ani în urmă, mamiferele deveniseră deja un grup divers de organisme. Unele dintre acestea ar fi fost similare cu monotremele de astăzi (cum ar fi ornitorincul și echidna), dar marsupiale timpurii (un grup care include canguri și oposume moderne) au fost, de asemenea, prezente. Până de curând se credea că mamifere placentare(grupul căruia îi aparțin majoritatea mamiferelor vii) a avut o origine evolutivă mai târziu. Cu toate acestea, fosilele descoperite recent și dovezile ADN sugerează că mamiferele placentare sunt mult mai bătrâne, posibil evoluând cu mai bine de 105 milioane de ani în urmă.

Rețineți că marsupiale și mamiferele placentare oferă exemple excelente de evoluție convergentă, unde organismele care nu sunt în mod deosebit strâns legate au evoluat forme corporale similare ca răspuns la presiuni similare. mediu.

Pleziozaurii

Cu toate acestea, în ciuda faptului că aveau ceea ce mulți consideră a fi „avansați”, mamiferele erau încă jucători minori pe scena mondială. Când lumea a intrat în perioada Jurasică (acum 213 - 145 milioane de ani), animalele dominante pe uscat, pe mare și pe aer erau reptile. Dinozaurii, mai numeroși și mai neobișnuiți decât în ​​timpul Triasicului, erau principalele animale terestre; crocodilii, ihtiosaurii și pleziozaurii stăpâneau marea, iar aerul era locuit de pterozauri.

Archaeopteryx și evoluția păsărilor

Archaeopteryx

În 1861, o fosilă intrigantă a fost descoperită în calcarul Jurasic Solnhofen din sudul Germaniei, o sursă de fosile rare, dar excepțional de bine conservate. Fosila părea să combine caracteristicile atât ale păsărilor, cât și ale reptilelor: un schelet reptilian însoțit de o impresie clară de pene.

În timp ce Archaeopteryx a fost descris inițial ca o reptilă cu pene, acesta pentru o lungă perioadă de timp a fost considerată o formă de tranziție între păsări și reptile, făcând din acest animal una dintre cele mai importante fosile descoperite vreodată. Până de curând, a fost cea mai veche pasăre cunoscută. Oamenii de știință au realizat recent că Archaeopteryx are mai multe asemănări cu Maniraptor, un grup de dinozauri care include infamul Velociraptor din „The Park” Perioada jurasică" decât cu păsările moderne. Astfel, Archaeopteryx oferă o legătură filogenetică puternică între aceste două grupuri. În China au fost descoperite păsări fosile care sunt chiar mai vechi decât Archaeopteryx, iar alte descoperiri ale dinozaurilor cu pene susțin teoria conform căreia teropozii au dezvoltat pene pentru izolare și reglarea temperaturii înainte ca păsările să le folosească pentru zbor.

Studiu mai atent istoria timpurie păsările sunt un bun exemplu al conceptului că evoluția nu este nici liniară, nici progresivă. Genealogia păsărilor este dezordonată și apar multe forme „experimentale”. Nu toți au obținut capacitatea de a zbura, iar unele păreau complet diferite de păsările moderne. De exemplu, Microraptor gui, care pare să fi fost un animal zburător și avea pene de zbor asimetrice pe toate cele patru membre, era un dromaeosaurid. Archaeopteryx în sine nu aparținea descendenței din care au evoluat adevăratele păsări ( Neornithes), dar a fost un membru al păsărilor acum dispărute enantiornhis ( Enantiornithes).

Sfârșitul erei dinozaurilor

Dinozaurii s-au răspândit în întreaga lume în perioada Jurasic, dar în perioada ulterioară Perioada cretacică(acum 145 - 65 de milioane de ani) diversitatea speciilor lor a scăzut. De fapt, multe dintre organismele tipic mezozoice, cum ar fi amoniții, belemniții, ihtiosaurii, plesiozaurii și pterozaurii, au fost în declin în acest timp, chiar dacă încă dau naștere la noi specii.

Apariția plantelor cu flori în perioada Cretacicului timpuriu a provocat o radiație adaptativă majoră în rândul insectelor, cu noi grupuri, cum ar fi fluturi, molii, furnici și albine. Aceste insecte au băut nectar din flori și au acționat ca polenizatori.

Extincția în masă de la sfârșitul perioadei Cretacice, acum 65 de milioane de ani, a distrus dinozaurii împreună cu orice alt animal terestru care cântărește mai mult de 25 kg. Acest lucru a deschis calea pentru extinderea mamiferelor pe uscat. În mare în acest moment, peștii au devenit din nou taxonul dominant de vertebrate.

Mamifere moderne

La începutul Paleocenului (acum 65 - 55,5 milioane de ani), lumea a rămas fără animale terestre mari. Această situație unică a fost punctul de plecare pentru o mare diversificare evolutivă a mamiferelor, care anterior erau animale nocturne de mărimea rozătoarelor mici. Până la sfârșitul erei, acești reprezentanți ai faunei au ocupat multe dintre nișele ecologice libere.

Cele mai vechi fosile de primate confirmate datează de aproximativ 60 de milioane de ani. Primatele timpurii au evoluat din vechile insectivore nocturne, ceva asemănător cu scorpii, și semănau cu lemuri sau tarsii. Erau probabil animale arboricole și trăiau în păduri sau subtropicale. Mulţi dintre ei trăsături caracteristice potrivite pentru acest habitat: mâini concepute pentru prinderea, rotirea articulațiilor umerilor și vedere stereoscopică. Au avut și relativ dimensiune mare creier și gheare pe degete.

Cele mai vechi fosile cunoscute ale majorității ordinelor moderne de mamifere apar în perioadă scurtăîn timpul Eocenului timpuriu (acum 55,5-37,7 milioane de ani). Ambele grupuri de ungulate moderne - Artiodactilii (ordinul care include vacile și porcii) și Perisodactilii (inclusiv cai, rinoceri și tapiri) au devenit larg răspândite în întreaga lume. America de Nordși Europa.

Ambulocetus

În același timp, pe măsură ce mamiferele s-au diversificat pe uscat, s-au întors și în mare. Tranzițiile evolutive care au condus la balene au fost studiate pe larg în ultimii ani cu descoperiri extinse de fosile din India, Pakistan și Orientul Mijlociu. Aceste fosile indică o schimbare de la Mesonychia de pe uscat, care sunt strămoșii probabili ai balenelor, la animale precum Ambulocetus și balenele primitive numite Archaeocetes.

Tendința către o climă globală mai rece care a avut loc în perioada Oligocenului (cu 33,7 - 22,8 milioane de ani în urmă) a favorizat apariția ierburilor, care urmau să se răspândească pe pajiștile extinse în Miocenul următor (acum 23,8 - 5,3 milioane de ani). Această schimbare a vegetației a dus la evoluția animalelor, precum caii mai moderni, cu dinți care puteau face față conținutului ridicat de silice al ierburilor. Tendința de răcire a afectat și oceanele, reducând cantitatea planctonul marinși nevertebrate.

Deși dovezile ADN sugerează că hominidele au evoluat în timpul Oligocenului, fosilele abundente nu au apărut până în Miocen. Hominidele, pe linia evolutivă care duce la oameni, apar pentru prima dată în înregistrarea fosilelor în timpul Pliocenului (acum 5,3 - 2,6 milioane de ani).

Pe parcursul întregului Pleistocen (acum 2,6 milioane - 11,7 mii de ani) au existat aproximativ douăzeci de cicluri de frig era glaciarăși perioade interglaciare calde la intervale de aproximativ 100.000 de ani. În timpul erei glaciare, ghețarii dominau peisajul, răspândind zăpadă și gheață în zonele joase și transportând cantități mari de rocă. Pentru că multă apă a fost prinsă în gheață, nivelul mării a scăzut la 135 m decât este acum. Podurile largi de pământ au permis plantelor și animalelor să se miște. În perioadele calde, suprafețe mari au fost din nou scufundate sub apă. Aceste episoade repetate de fragmentare a mediului au dus la radiații adaptative rapide la multe specii.

Holocenul este epoca actuală a timpului geologic. Un alt termen care este folosit uneori este Antropocen deoarece principalele sale caracteristici sunt schimbări globale cauzate de activitățile umane. Cu toate acestea, acest termen poate induce în eroare; oamenii moderni au fost deja creați cu mult înainte de începerea erei. Epoca Holocenului a început acum 11,7 mii de ani și continuă până în zilele noastre.

Când încălzirea a venit pe Pământ, aceasta a cedat. Pe măsură ce climatul se schimbă, mamifere mari care s-a adaptat la frig extrem, cum ar fi rinocerul lânos, a dispărut. Oamenii, cândva dependenți de aceste „mega mamifere” ca sursă principală de hrană, au trecut la animale mai mici și au început să colecteze plante pentru a-și completa dieta.

Dovezile arată că în urmă cu aproximativ 10.800 de ani, clima a suferit o întorsătură rece bruscă care a durat câțiva ani. Ghetarii nu s-au intors, dar animalele si plantele erau putine. Pe măsură ce temperaturile au început să se redreseze, populațiile de animale au crescut și au apărut noi specii de faună care există și astăzi.

În prezent, evoluția animalelor continuă, pe măsură ce apar noi factori care obligă reprezentanții lumii animale să se adapteze la schimbările din mediul lor.

„Diversitatea lumii animale” - Curățarea corpurilor de apă. Hrana pentru animale. Importanța animalelor în natură Lanțurile trofice. Suprafața rezervorului. Comandante. Protecția animalelor. Grosimea apei. Structura celulară Natura similară a multor procese vitale. Heterotrofe. Diversitatea lumii animale Dimensiuni. Diferenţă. Semnificația animalelor pentru oameni.

„Diversitatea lumii animale” - Somn. Să mergem la lumea subacvatică. RAM. Iernează în găuri. Lungimea corpului ajunge la un metru și jumătate, iar greutatea este de până la 2 metri. stația Vodnaia. CRUCCIAN CASP ESTE NEDORIT ȘI POATE TRAI ÎN APA STANȚĂ. Ruff, înțepător, ca un arici. Crap. Iată o imagine care arată planeta noastră Pământ. Ce pește poartă numele unei persoane? Foarte rezistent: DACĂ ÎL PUNEȚI PE GHEAZĂ, VA ÎNGHEȚI, DAR SE VA DEZGELĂ LA CĂLDURĂ.

„Arborele genealogic” - Arborele genealogic al familiei Gramenicki. Arborele genealogic. Explicativ - formarea cuvintelor. M.: Limba rusă, 2000. Efremova T.F. Dicționar nou limba rusă. Din istoria genealogiei. În secolul al XVI-lea au apărut primele cărți genealogice. Se construiește după: descendenți (de la strămoși la descendenți); ascendent (de la fiu la tată, bunic etc.).

„Lumea animalelor” - Bizon. Gerbil mare. iepure alb. Arici. Kulan. Din paginile Cărții Roșii, 247 de specii de animale strigă după ajutor. Morsă. Bursucul de Amur Căprioară Mole. Ciocănitoare. Elan. Un urs se scaldă în râu. Stepe. Amestecat, păduri de foioase. Dihor. Rusia este o țară cu un teritoriu vast și, prin urmare, o faună sălbatică bogată.

„Fauna Rusiei” - Cedru. Lanțuri trofice: samur, cedru, elan, veveriță, râs. Sable. Deşert. Caracteristicile lumii animale din Rusia. Lumea animalelor Rusia. Elan. Veveriţă. Lipsa adăposturilor; alergare rapidă; Vizuini; turme; Aprovizionarea cu alimente pentru iarnă. Râsul. Caracteristici ale lumii animale: Distribuție pe niveluri; Cățăratul în copaci; Hibernare; Deversarea; cuiburi; Vizuini.

„Lumea din jurul nostru, animale de clasa a 2-a” - Cine este desenat? Cărui grup de animale aparține un papagal? Temă pentru acasă. Aproximativ 7 mii de specii. Ce minune! Cărui grup de animale aparține libelula? Micul animal sare: Nu o gură, ci o capcană. Copaci Arbuști Ierburi Conifere Foioase. Cărui grup de animale aparține? urs polar? Cărui grup de animale aparține crocodilul?

Am oferit în repetate rânduri cititorilor noștri articole despre problemele evoluției și dezvoltării Homo sapiens. Astăzi ne vom referi la un nou aspect al problemei - istoria genetică a umanității și a rudelor ei. Care sunt căile evoluției din punct de vedere genetic? Cât de diferit este ADN-ul oamenilor și al rudelor lor antropoide? Cine sunt strămoșii noștri și cine este Neanderthalul pentru noi? Biologi ruși de frunte au încercat să răspundă la aceste întrebări și la alte întrebări.

Evoluție și arbore filogenetic

Evoluția ființelor vii poate fi reprezentată sub forma unui copac maiestuos răspândit, ale cărui rădăcini ne sunt ascunse în adâncul secolelor. Vorbind despre evoluția biologică, luăm în considerare doar partea de deasupra solului a arborelui genetic, care, conform tuturor datelor științifice moderne, s-a dezvoltat treptat - ca orice copac crește. Mai întâi vine trunchiul, apoi ramurile mari, din ele vin ramuri mai mici, apoi crenguțe și așa mai departe (vezi. orez. 1).

Nu ni se oferă posibilitatea de a vedea ramurile arborelui evolutiv - ele constau din specii dispărute de mult, care au trăit cu zeci și sute de milioane de ani în urmă. Multe dintre ele nu au lăsat nici măcar o urmă în înregistrarea fosilelor, în timp ce descoperirile de fosile ne vorbesc despre altele. În realitate, observăm doar o coroană densă, unde frunzele sunt specii existente în prezent, dintre care una este o specie biologică. Homo sapiens, un fel de om ( Homo) familie Oameni ( Hominidae) comanda primate ( Primatele) clasa Mamifere ( Mamifere).

Metoda științifică de studiere a evoluției constă în identificarea relațiilor (filogenetice) legate între diverse organisme. Baza cercetării, începând cu Carl Linnaeus (secolul al XVIII-lea), a fost principiul asemănării (sau disimilarității) acum. formele existente vieţuitoare după fenotip. Organisme similare în caracteristici morfologice, caracteristicile fiziologice, caracteristicile de dezvoltare etc., se grupează în unele ramuri, altele, diferite de prima, dar asemănătoare între ele, în altele, care formează apoi ramuri din ce în ce mai mari. Pe orez. 1 este prezentat un arbore filogenetic, reflectând asemănarea fenotipică diferite tipuri.

Teoria evoluționistă a lui Charles Darwin și metodele filogenetice ale lui Ernst Haeckel au permis biologiei moderne să considere arborii filogenetici ca diagrame evolutive. Conform acestor idei, în cadrul fiecărei specii se poate forma o varietate, dotată cu noi caracteristici care îi permit să se adapteze diferit la mediul său. Așa este indicată creșterea unei noi ramuri pe arborele evolutiv. Dacă calitățile nou dobândite sunt moștenite, atunci diferențele genetice cresc în generațiile ulterioare datorită selecției proprietăților care asigură supraviețuirea genotipurilor și acumularea de noi mutații. Soiul se adaptează mai bine la conditiile existente, îndepărtându-se fenotipic de specia mamă. Astfel, ramura emergentă crește, separându-se într-o nouă specie.

Evoluție și ADN

Cum a ajutat genetica la interpretarea arborelui filogenetic și la înțelegerea procesului de evoluție? Faptul este că evoluția biologică este în mare măsură asociată cu modificări ale ADN-ului, care este o secvență de patru compuși chimici - nucleotidele A, T, C, G (adenină, timină, citozină, guanină). Tot ADN-ul unui organism se numește genom. Anumite secțiuni de ADN, gene, codifică proteine; Există, de asemenea, regiuni necodante ale genomului. Acesta este un text genetic care definește atât caracteristicile specifice speciei comune întregii specii, cât și caracteristicile unice care disting un anumit individ de alți reprezentanți ai aceleiași specii. ADN-ul oricărui organism este supus unor mutații, dintre care unele nu modifică numărul de nucleotide dintr-o anumită secțiune a ADN-ului, ci își schimbă locurile. Dar sunt posibile și procese mai complexe: ștergerea, inserția, dublarea nucleotidelor și deplasarea fragmentelor de ADN dintr-o parte a genomului în alta; Nici măcar transferul de ADN între diferite specii nu este exclus.

Mutația este un eveniment rar. Probabilitatea ca o anumită nucleotidă din ADN-ul unui descendent să fie schimbată în comparație cu părintele este de aproximativ 10 –9. Cu toate acestea, pentru perioadele vaste de timp în care se desfășoară procesul evolutiv, pentru întregul genom, format dintr-un număr imens de nucleotide (la om sunt 3 miliarde), aceasta este o valoare tangibilă. Indivizii cu tulburări dăunătoare nu supraviețuiesc sau se reproduc, iar mutațiile nu sunt transmise. Modificările utile pot fi moștenite de descendenți: așa se transformă informația genetică din generație în generație - aceasta este esența genetică a procesului evolutiv.

Pe un arbore filogenetic, speciile care sunt asemănătoare exterior între ele sunt grupate pe aceeași ramură. Studiul ADN-ului speciilor vii a făcut posibilă compararea proximității indivizilor din diferite specii la nivelul modificărilor evolutive cauzate de mutații. Biologia moleculară modernă face posibilă compararea fragmentelor corespunzătoare de ADN (să zicem, o anumită genă) la diferite specii și numărarea numărului de diferențe dintre ele. Arborii filogenetici construiți atât prin ADN, cât și prin caracteristici morfofiziologice au corespondențe evidente: speciile care sunt departe unele de altele pe arborele morfofiziologic sunt și ele departe pe arborele filogenetic ADN. Astfel, genetica a dovedit că arborele filogenetic clasic reflectă direcția transformărilor evolutive. Mai mult, a arătat exact ce modificări ale genomului însoțesc evoluția fiecărui grup taxonomic.

Omul și alte specii

Să comparăm o persoană, să zicem, cu un fluture. Este evident că suntem foarte diferiți unul de celălalt ca aspect și compoziție ADN și ne aflăm pe ramuri îndepărtate ale arborelui filogenetic. Să trecem acum la mamifere. Dacă comparăm o persoană cu, să zicem, o pisică sau un câine, de care suntem mult mai aproape decât de fluturi, se dovedește că în ceea ce privește ADN-ul, o persoană se aseamănă mai mult cu ei. Dacă mergi mai departe de-a lungul ramurii mamiferelor, până la primate, atunci pe măsură ce te apropii de oameni, trăsăturile înrudite cu antropoidele - urangutan, gorila și cimpanzeul - devin evidente ( orez. 2). Cel mai mult, oamenii seamănă cu cimpanzeii. Dacă compari ADN-ul, se dovedește că sunt foarte aproape. Genetica a făcut posibilă cuantificarea asemănărilor: oamenii și cimpanzeii diferă unul de celălalt doar prin una sau două nucleotide din fiecare sută. Adică, identitatea genetică este de aproape 99%.

Oamenii sunt apropiați genetic unul de celălalt

Să ne întoarcem acum la persoana însăși. Să comparăm reprezentanții unor popoare atât de îndepărtate precum aborigenii din Oceania și europenii, sau să comparăm fețele tuturor oameni celebri. Evident că sunt diferite, dar cât de mult?

Un extraterestru care sosește pe Pământ ar fi capabil să ne deosebească unul de celălalt sau i-ar părea cu toții la fel? La urma urmei, pentru un vizitator ocazional al grădinii zoologice, toate maimuțele par la fel, dar pentru persoana care lucrează cu ele par complet diferite. Desigur, un Neanderthal are puține în comun cu omul modern, dar odată ce îl „îmbrăci” într-un costum și pălărie, el devine unul dintre noi. Autorul acestui articol, la o prelegere despre teoria evoluției pentru școlari, a întrebat cine este arătat în imagine. Și apoi unul dintre băieți a exclamat în conjecturi vesele: „Deci tu ești!”

Dacă compari ADN-ul oameni diferiti, apoi se dovedește că diferă între ele cu doar 0,1%, adică numai fiecare mie din nucleotida noastră este diferită, iar restul de 99,9% sunt la fel. Mai mult, dacă comparăm toată diversitatea ADN-ului reprezentanților celor mai diferite rase și popoare, se dovedește că oamenii diferă mult mai puțin decât cimpanzeii dintr-o turmă. Deci, un extraterestru ipotetic ar învăța mai întâi să distingă cimpanzeii unul de celălalt și abia apoi - oamenii.

Este mult sau puțin - 99,9% asemănare și 0,1% diferențe. Să facem niște calcule simple. ADN-ul uman conține aproximativ 3 miliarde de perechi de nucleotide, dintre care aproximativ trei milioane sunt diferite pentru fiecare dintre noi. Acest lucru este suficient pentru a susține că nu există oameni care sunt genetic identici unul cu celălalt. Chiar și ADN-ul gemenilor poate fi diferit din cauza mutațiilor. Adevărat, majoritatea diferențelor apar în secțiuni tăcute ale ADN-ului și, prin urmare, genele noastre principale sunt în mare parte identice. Luați în considerare, de exemplu, molecula de hemoglobină, care joacă un rol cheie în transportul oxigenului de la plămâni la celulele corpului. Compoziția acestei molecule este absolut aceeași pentru toată lumea. Desigur, sunt posibile abateri izolate, dar toate sunt însoțite de o patologie gravă, deoarece mutația a cel puțin unui aminoacid în molecula complexă de hemoglobină își schimbă configurația, perturbând brusc capacitatea de a reține oxigenul și de a furniza organismului cu acesta. De asemenea, toți oamenii împărtășesc multe alte proteine ​​și genele care le codifică.

Unele dintre nucleotidele care ne deosebesc unele de altele oferă oamenilor o serie de caracteristici care determină grupele sanguine, fizicul, culoarea pielii, comportamentul etc. și le permit să se adapteze la condițiile de viață în schimbare. Cu toate acestea, cele mai multe dintre diferențe nu sunt direct legate de funcțiile adaptative ale corpului; cursul lor evolutiv este determinat de viteza procesului de mutație, ceea ce face posibilă urmărirea căilor evoluției umane și a așezării sale pe glob.

Strămoșii umani

Deci de ce sunt cimpanzeii mai diferiți decât oamenii? De ce suntem atât de asemănători genetic? De unde suntem și cine este strămoșul nostru? Ultima întrebare este încă controversată, deși descoperirile arheologice din ultimele decenii și cercetările ADN ne-au adus mai aproape de înțelegerea acestui lucru. Cimpanzeii au o istorie evolutivă lungă care a produs o diversitate genetică semnificativă. Istoria evolutivă a omului este prea scurtă pentru acumularea unor diferențe serioase. Să ne întoarcem acum la detaliile trecutului nostru.

Cu 5-7 milioane de ani în urmă, o ramură s-a separat de strămoșul comun al oamenilor și al cimpanzeilor, dând naștere vechilor maimuțe care au trecut la mersul drept. Ei locuiau în Africa de Sud, unde le-au fost găsite rămășițele; de unde și numele lor - Australopithecus (adică maimuțe din emisfera sudică), gen Australopithecus. Una dintre ramuri a dat naștere rasei umane - Homo. Până la mijlocul anilor 90, cel mai vechi strămoș cunoscut omul modern S-a luat în considerare Australopithecus afarensis A. afarensis, care a trăit acum 3-4 milioane de ani. Această specie include celebra Lucy, găsită în 1974 în Etiopia. O serie de paleoantropologi cred că cel mai vechi strămoș al omului modern a fost o altă specie de Australopithecus - Ramidus, A. ramidus, ale căror rămășițe, datând de 4,5 milioane de ani, au fost descoperite și în Etiopia.

Primul reprezentant al genului uman cunoscut de noi a apărut acum mai bine de 2 milioane de ani. Era Homo habilis- Un om priceput care a trăit în Africa de Est și de Sud. Apoi a fost înlocuit Homo erectus- Homo erectus, ale cărui urme au fost găsite în Africa și Eurasia - au 1,7 milioane de ani. Această specie include Sinanthropusul asiatic, sau omul Peking, Pithecanthropus sau omul Java, descoperit în Oceania, și vechiul „european” - omul Heidelberg. Cele mai recente descoperiri au o vechime de 250 de mii de ani. Antropologii sunt de acord că Homo erectus răspândit cu mult dincolo de Africa prin migrații.

Primii reprezentanți Homo sapiens(așa-ziși oameni arhaici) care sunt descendenți Homo erectus, a apărut cu mai bine de 500 de mii de ani în urmă și diferă ca construcție de oamenii moderni. Oasele lor au fost descoperite în Africa, Europa și Asia. Și astfel se pune întrebarea: unde a apărut omul modern? În prezent, există două ipoteze principale: polifiletice (sau multiregionale) și monofiletice.

Conform ipotezei multiregionale ( orez. 3), oamenii de diferite rase au origini diferite: fiecare a luat naștere pe propriul continent dintr-un reprezentant separat al speciei Homo erectus. În același timp, rasele ancestrale au format un singur sistem de populație și, în timpul migrării, au făcut schimb de gene. Ipoteza monofiletică afirmă că toți oamenii au o origine comună și Homo sapiens, precum și Homo erectus, a apărut în Africa, apoi s-a răspândit de acolo pe toate continentele.

Susținătorii ambelor ipoteze nu se îndoiesc de originea omului din Homo erectus, dar diferă în privința momentului apariției sale. Potrivit ipotezei multiregionale, vârsta oamenilor moderni este de peste un milion de ani, iar conform versiunii monofiletice, este de aproximativ 500 de mii. Cu toate acestea, nici antropologii, nici arheologii nu au reușit să pună capăt acestei dispute. Un punct de cotitură fundamental în rezolvarea problemei apariției omului, a așezării sale pe continente și a apariției raselor a fost făcut de cercetarea ADN-ului.

ADN-ul și reconstrucția istoriei umane

Istoria populațiilor umane poate fi urmărită prin compararea reprezentanților diferitelor rase și popoare prin acele fragmente de ADN în care diferențele dintre indivizi sunt mult mai pronunțate decât media genomului. Astfel de fragmente se numesc markeri ADN. Cunoscând ritmul cu care apar mutațiile și determinând măsura cantitativă a diferențelor dintre genomurile oamenilor din diferite populații, se calculează timpul separării lor de linia ancestrală comună. Lucrând înapoi de la genomul uman modern, se poate construi un arbore filogenetic Homo sapiens. Ne permite să tragem anumite concluzii despre istoria genetică a omenirii.

Pentru uz de cercetare diferite tipuri markeri ADN. ADN-ul mitocondrial (mtDNA) și cromozomul Y (Y-DNA) sunt demne de remarcat deoarece ne permit să urmărim istoria genetică a umanității separat prin liniile feminine și masculine. Primul este transmis doar de linie maternă, deoarece mitocondriile sunt situate în citoplasma celulei, iar citoplasma descendentului (zigotul) este determinată de citoplasma oului. Dacă două persoane au un strămoș feminin comun, diferențele dintre ADNmt lor vor indica câte generații îi separă de străbunica lor comună care a trăit cu secole sau milenii în urmă. Studiul ADN-ului Y ne permite să urmărim traiectorii evolutive de-a lungul liniei paterne, deoarece cromozomul Y este transmis doar prin linia masculină. Studiul părții rămase, autosomale a genomului, care este concentrată în cromozomi, este moștenită în ambele linii și în care este reprezentată cea mai mare parte a genomului uman, este de asemenea extrem de important, deoarece oferă markeri pentru studiul variabilității combinative. , introdus simultan atât din partea paternă cât și din partea maternă.

Primul studiu de acest fel a fost realizat folosind ADN mitocondrial. Comparând datele de la aborigenii de pe toate continentele, oamenii de știință au descoperit că diversitatea mtDNA este cea mai mare în Africa de Sud. Mai mult, acolo au fost descoperite tipuri care nu au fost găsite nicăieri altundeva. Ele au fost evaluate după compoziția lor de nucleotide ca fiind cele mai vechi. ADN-ul mitocondrial al populației de pe alte continente a fost mai puțin divers, compararea lor cu ADNmt al aborigenilor din Africa de Sud a arătat că au apărut ca schimbări mutaționale ale tipurilor africane în timpul răspândirii umanității în afara Africii.

Studiul distribuției geografice a tipurilor de markeri ADN și analiza relațiilor lor mutaționale au permis demonstrarea validității ipotezei monofiletice ( orez. 4). Mai mult, studiul lor ajută la reconstituirea evenimentelor de migrație nu numai ale mileniilor îndepărtate, ci și ale secolelor recente. De exemplu, epoca marilor descoperiri geografice din secolele XIV-XVI. a contribuit la dezvoltarea contactelor cu locuitori necunoscuți anterior din ținuturi îndepărtate. Pe nave erau doar bărbați, iar studiile genetice ale popoarelor indigene din Africa, Oceania și America arată acum prezența în ADN-ul lor a unei proporții semnificative a tipurilor de cromozomi Y caracteristice europenilor.

„Eva mitocondrială” și „Adam cromozomial Y”

Pe baza gradului de diversitate a markerilor ADN, este posibil să se determine din ce tip ancestral și când au provenit. Mai mult, din moment ce diverse tipuri ADNmt nu se recombină, adică nu schimbă fragmente între ele în timpul formării celulelor germinale, apoi analiza probabilistică arată că toate tipurile de ADNmt existente în prezent au fost reduse în trecutul îndepărtat la un singur prototip. De ce se întâmplă asta? Să presupunem că a existat o mică populație ancestrală. Dacă unele femei din ea au avut mai mulți copii decât altele, atunci în următoarea generație ADNmt-ul lor va fi mai frecvent. Fiicele și nepoatele lor au avut și copii care au moștenit ADNmt al strămoșilor lor. În acest caz, mutațiile apar aleatoriu. Așa se dezvoltă un proces stocastic în transmiterea tipurilor de ADNmt, în urma căruia din generație în generație unele tipuri de ADNmt își măresc reprezentarea în populație, în timp ce altele scad.

Conform teoriei proceselor stocastice, într-o zi vor exista descendenți ai unui singur ADNmt în populație - de la o anumită femeie singură, numită figurativ „Eva mitocondrială”. Dar colegii ei de trib au contribuit și la baza genetică a descendenților îndepărtați, deoarece genomul nostru conține nu numai ADN mitocondrial. Lungimea ADNmt este de numai aproximativ 16,5 mii de nucleotide, ceea ce este neglijabil în comparație cu cele 3 miliarde de nucleotide ale ADN-ului cromozomial, a cărui parte principală este reprezentată de 22 de autozomi și de cromozomul X, unde ereditatea este combinată de-a lungul ambelor linii, feminin și masculin. . Datorită numeroaselor mutații, mtDNA-ul oamenilor vii diferă de datele lui „Eve”, a cărei vârstă (adică, punctul de conectare al tuturor tipurilor de mtDNA în trecut) este de aproximativ 200 de mii de ani. Situația este similară cu cromozomul Y. Majoritatea nu se recombină, iar variabilitatea ADN-ului din el este supusă aceleiași procese stocastice, ca ADNmt. În același timp, se vorbește despre „Adam cromozomial Y”. S-a dovedit a fi mult mai tânăr decât MtEva. Explicația pentru aceasta este mai mică, așa-numita. numărul efectiv de bărbați de-a lungul istoriei omenirii datorită mortalității lor mai mari și excluderii frecvente din procesul reproductiv.

Omul de Neanderthal - strămoșul sau unchiul nostru mare? Mai multe informații despre strămoșii noștri au fost obținute prin compararea ADN-ului mitocondrial al oamenilor moderni și al celor de Neanderthal. De mai bine de o sută de ani, de când rămășițele rudei noastre străvechi au fost găsite pentru prima dată în Germania, au existat discuții despre cine este el pentru noi. Pe baza caracteristicilor structurale ale scheletului de Neanderthal și a distribuției sale geografice, unii oameni de știință l-au considerat strămoșul nostru, adică o linie. Homo sapiens, a cărei dezvoltare a condus la omul de tip anatomic modern. Alte detalii au făcut posibil să se considere o ramură evolutivă independentă, o subspecie Homo sapiens, având un strămoș comun cu noi, adică ca un văr. Aceste două subspecii au primit numele zoologic Homo sapiens neanderthalensisŞi Homo sapiens sapiens.

Oamenii de știință au reușit să citească o parte din regiunea variabilă (de control) a ADN-ului mitocondrial a doi oameni de Neanderthal. Prima a fost găsită în Peștera Feldhover din Germania, iar puțin mai târziu a fost citit textul genetic al ADNmt al unui copil de Neanderthal descoperit în Caucazul de Nord în Peștera Mezmay. La compararea celor mai variabile fragmente de ADNmt ale oamenilor moderni și ale oamenilor de Neanderthal, s-au găsit diferențe semnificative: acestea diferă unele de altele într-o medie de 27 de poziții de nucleotide din 370 examinate. Dacă comparați ADN-ul mitocondrial a doi oameni moderni, diferența medie va fi de doar 8 nucleotide. Aceste calcule arată că strămoșul nostru comun cu oamenii de Neanderthal a trăit cu aproximativ 500-700 de mii de ani în urmă.

Analiza ADN-ului ne-a permis să concluzionam că nu a existat niciun schimb de gene sau este neglijabil între oameni și oamenii de Neanderthal. Cel mai probabil, acestea sunt ramuri evolutive paralele complet separate, care descind dintr-un strămoș comun. Deși sunt necesare cercetări suplimentare ADN pentru o concluzie finală. Deci, Neanderthalul pare să fie „unchiul” nostru evolutiv. Cu aproximativ 300–400 de mii de ani în urmă, a avut loc separarea finală a celor două ramuri. Neanderthalienii au fost primii care s-au stabilit în Europa și Asia, apoi oamenii moderni (așa-numitul om Cro-Magnon) au ajuns acolo și au coexistat pe același teritoriu destul de mult timp. Dar acum aproximativ 30 de mii de ani, omul de Neanderthal a dispărut și nu au fost găsite urme ale lui în straturile arheologice ulterioare. Poate că nu a putut rezista concurenței și a fost înlocuit și exterminat de ruda sa mai inteligentă și mai vicleană, sau poate că au existat și alte motive pentru moartea oamenilor de Neanderthal.

Evoluția populațiilor și a raselor

Orez. 6. Arborele evolutiv populațiile umane, conform datelor markerului ADN. Se poate observa că dezvoltarea primară și separarea populațiilor unele de altele au început în Africa în medie cu aproximativ 100 de mii de ani în urmă. Apoi o ramură a ieșit din Africa și a început să se împartă în ramuri continentale. Săgețile indică timpul minim scurs între separarea ramurilor evolutive. Trebuie avut în vedere că separarea unei ramuri nu înseamnă încă prezența fizică a populațiilor în această regiune. De exemplu, ramura care duce de la populațiile asiatice la indienii americani arată când această ramură s-a separat, dar a fost nevoie de timp pentru ca grupurile separate să ajungă în Beringia și să treacă strâmtoarea (conform Zhivotovsky et al., 2003).

Studiind diversitatea ADN-ului popoarelor moderne, se poate estima mărimea populației ancestrale din care, conform ipotezei de origine africană, a descins întreaga umanitate. Era mic - aproximativ câteva mii. Comparând markerii ADN ai aborigenilor din Africa de Sud, putem spune că în urmă cu aproximativ 70-150 de mii de ani au început diferențierea intensivă și procesele demografice complexe, însoțite de apariția unor populații diverse în Africa. Apoi, acum 50-100 de mii de ani, valuri de coloniști au început să se reverse din Africa și să se răspândească pe alte continente, ceea ce s-a reflectat în structura unică a arborelui ADN ( orez. 6).

Explorarea populației moderne din Europa, Asia, Oceania, Nord și America de Sudși cunoscând caracteristicile și rata de mutație a markerilor ADN care sunt studiați, este posibil să se urmărească rutele și timpii de migrare a oamenilor din Africa cu un anumit grad de acuratețe. Ceea ce este surprinzător este că datele genetice sunt confirmate de descoperiri arheologice. De exemplu, structura ADN-ului indică faptul că oamenii au apărut în Australia și Noua Guinee în urmă cu 50-60 de mii de ani. Analiza compoziției elementelor chimice a artefactelor indică aceeași perioadă. Oamenii au venit în Asia Centrală și de Sud-Est în urmă cu aproximativ 70 de mii de ani. Așezarea Europei a avut loc mai târziu, cu 35-40 de mii de ani. Momentul explorării Americii nu a fost încă determinat, se știe doar că oamenii au apărut acolo mult mai târziu decât pe alte continente - acum 15-35 de mii de ani.

Orez. 7. Subdiviziunea grupurilor etnice pe zone geografice, realizată cu ajutorul markerilor ADN. Fiecare punct reprezintă un eșantion de indivizi dintr-un anumit grup etnic dintr-o anumită regiune geografică, caracterizat de patru sute de markeri ADN autozomal. Figurile din stânga și din dreapta reprezintă proiecții diferite ale spațiului multidimensional al diferențelor dintre eșantioane. În fiecare dintre regiuni poate fi urmărită o grupare de grupuri etnice de origine comună, dar diferențele dintre ele nu mai sunt la fel de izbitoare ca între regiuni (conform lui Jivotovsky et al., 2003).

Cum au apărut rase moderne umane și diferă între ele în ADN? Procesele de migrație și adaptare umană la condițiile locale au loc de zeci de mii de ani. Să presupunem că un grup de oameni a venit în Asia de Sud-Est și s-au stabilit acolo de multe generații. Apoi unii au migrat mai departe, formând o nouă populație locală, care, totuși, are o istorie comună și strămoși comuni cu grupul părinte și, prin urmare, ADN-ul lor este mai asemănător între ei decât cu locuitorii altor continente. Într-adevăr, populația de pe diferite continente este din punct de vedere evolutiv mult mai departe de grupul ancestral comun decât populațiile învecinate care sunt apropiate ca rudenie și istoria demografică. În timpul care a trecut de la separarea lor de strămoșii lor comuni, ADN-ul lor a început să difere unul de celălalt din cauza mutațiilor acumulate de-a lungul generațiilor. Astăzi numim diferențele genetice dintre oameni de pe diferite continente caracteristici rasiale. Studiind zeci și sute de markeri ADN, este posibil să se identifice rasa aproape 100% ( orez. 7). Pentru a determina în mod fiabil etnia unui individ într-o rasă și o regiune geografică mare, vor fi necesari mii de markeri ADN. Dar în zonele de contact dintre diferite rase și grupuri etnice, acest lucru este aproape imposibil de realizat din cauza amestecării fondurilor genetice.

Dar din punct de vedere genetic am venit cu toții din același cuib și relativ recent la scara evoluției ( orez. 6).

Dezvoltarea ulterioară a avut loc independent unul de celălalt: oameni adaptați la condițiile climatice și geografice, tipul de hrană și peisaj, limba și cultura dezvoltate. Dar formarea popoarelor a fost influențată nu numai de procesele de divizare a populației. S-ar putea forma noi grupuri etnice prin amestecarea unor grupuri de diferite medii rasiale și lingvistice. În același timp, a apărut o comunitate etnică eterogenă genetic, cu un singur tip de cultură și o limbă comună. Prin urmare, cercetările legate de studiul fondului genetic, adică întreaga diversitate a ADN-ului în populații, istoria genetică a populației din regiuni individuale, grupuri rasiale-etnice și pedigree-ul grupurilor etnice moderne, devin acum din ce în ce mai relevante. .

Contactul grupurilor etnice

Regiunea Volga-Ural prezintă un interes deosebit din acest punct de vedere, datorită particularităților istoriei etnice a popoarelor care o locuiesc. Două valuri de așezare, două rase s-au întâlnit aici: caucazoid și mongoloid. Urmele acestui eveniment sunt păstrate de ADN-ul popoarelor care trăiesc aici ( orez. 8). Studiile ADN-ului mitocondrial și ale cromozomului Y au făcut posibilă calcularea timpului de formare a popoarelor care s-au stabilit ulterior în această regiune. Acest lucru s-a întâmplat cu aproximativ 40-50 de mii de ani în urmă, ceea ce corespunde timpului apariției omului modern pe continentul european în epoca paleoliticului superior.

O analiză comparativă a ADNmt de la 18 popoare eurasiatice aparținând ramurii turcești a familiei de limbi altaice a făcut posibilă stabilirea unui gradient vest-est de frecvență crescândă a tipurilor de mtDNA asiatice pe un spațiu de 8 mii km: de la 1% în rândul găgăuzilor din Moldova la 95–99% printre iakuti și dolgani. În consecință, trăsăturile caucaziene sunt cele mai caracteristice locuitorilor din Eurasia de Vest și cele mai puțin caracteristice populației. Siberia de Est. Popoarele din regiunea Volga-Ural, precum și uzbecii și kazahii, adică cei care trăiesc la granița dintre Europa și Asia, ocupă o poziție intermediară. Studiul markerilor ADN autozomal a arătat prezența în grupul genetic al popoarelor din regiunea Volga-Ural a unei proporții semnificative de trăsături caucazoide - de la 50 la 90%. Astfel, aflându-se la granița dintre Europa și Asia, aceste popoare au păstrat urme ale amestecării a două rase, una venită din Est și cealaltă din Apus. În plus, s-a dovedit că asemănarea limbilor joacă un rol mai mic decât proximitatea geografică a populațiilor. Dacă, de exemplu, rușii din regiunile Ryazan și Kursk au doar 2-3% din tipurile mongoloide de mtDNA, atunci rușii care trăiesc la granița Europei și Asiei au deja 10-12%. Acest lucru se explică prin amestecarea lor cu popoarele vorbitoare de turcă din regiunea Volga-Ural.

Astfel, ADN-ul unui individ nu face posibilă determinarea naționalității sale, dar face posibilă aflarea ce tip de ADNmt sau cromozom Y are: să zicem, linie mongoloidă sau caucaziană. Rușii din regiunea Volga-Ural au markeri ADN care sunt caracteristici mari, mordovienilor, chuvașilor, bașkirilor, tătarilor și udmurților; în consecință, Mari au markeri ADN găsiți în alte grupuri etnice din regiunea Volga-Ural etc. Aceste rezultate arată comunitatea genetică profundă a popoarelor care au trăit în apropiere de mult timp, deși vorbesc limbi diferite, cred în zei diferiți și diferă în tradițiile culturale.

Toți oamenii sunt veri genetici

Toți suntem extrem de asemănători genetic. Ne distingem unul de celălalt printr-o serie de caracteristici cărora tindem să le acordăm prea multă importanță (înălțimea, culoarea pielii, forma capului etc.), dar cât de nesemnificative sunt în comparație cu aproape sută la sută (99,9%). asemanare genetica! Ne-am format sub influența nu numai a genelor, ci și a oamenilor și a fenomenelor din jurul nostru, iar în dezvoltarea personalității, mediul joacă un rol nemăsurat mai mare decât caracteristicile ereditare. Suntem cu toții o mare familie genetică care trăim pe o planetă comună. Și toate certurile dintre oameni apar pe motive de zi cu zi: din cauza nerespectării normelor de bază ale vieții comune între popoare, a lipsei de respect pentru valorile, caracteristicile și ciudateniile aparente ale celuilalt.

Dar imaginați-vă pe o insulă pustie, unde șansa a aruncat o altă persoană - o rasă complet diferită, o altă religie, cu propriul limbaj și obiceiuri - 99,9% din asemănarea genetică vă va uni imediat.

Zhivotovsky Lev Anatolyevich - profesor, doctor în științe biologice, cercetător șef la Institutul de Genetică Generală numit după. N.I. Vavilova RAS, laureat al Premiului de Stat al Federației Ruse, laureat al Premiului pentru biologie evolutivă al Academiei Ruse de Științe, cercetător senior în vizită la Universitatea Stanford (California, SUA).

Khusnutdinova Elza Kamilevna- Profesor, Doctor în Științe Biologice. Domeniu de interese științifice: genetica populației, etnogenetică, genetică medicală, autor a 300 de publicații și 4 monografii.

Paleontologul australian Michael Lee a propus o nouă ipoteză pentru originea țestoaselor. La fel ca mulți autori înaintea lui, Lee crede că țestoasele sunt apropiate de marii dinozauri erbivori ai erei Permian, pareiasaurii; dar el sugerează că țestoasele, împreună cu pareiasaurii, au evoluat din diapside, o ramură a reptilelor care include crocodili, dinozauri și șopârle. Dacă această ipoteză este confirmată, ar reprezenta o restructurare foarte dramatică a arborelui evolutiv al reptilelor, poate chiar meritând numele de „nouă filogenie a reptilelor”.

Țestoasele au apărut pe Pământ în urmă cu aproximativ 220 de milioane de ani, la sfârșitul perioadei triasice. Triasicul târziu este o eră specială în istoria vertebratelor terestre. Atunci au apărut mamifere, țestoase, crocodili, dinozauri și pterozauri (șopârle zburătoare) - cinci grupuri de animale care au schimbat foarte mult aspectul planetei noastre. Dintre toate aceste grupuri, originea țestoaselor pare cea mai misterioasă. ŞI motivul principal Aceasta nu este o lipsă de diligență a paleontologilor, ci o anatomie prea neobișnuită a țestoaselor, ceea ce face dificilă compararea lor cu orice alte vertebrate.

Care sunt posibilii „candidați” pentru rolul de strămoși țestoase? Se știe că reptilele și descendenții lor sunt împărțite în trei grupuri uriașe: anapside, diapside și sinapside. Caracteristica principală prin care se disting aceste grupuri este numărul de arcade temporale - punți osoase în acoperișul craniului, separate prin deschideri. De exemplu, avem un singur arc temporal (o poți simți mutând mâna înapoi de la pomeți), iar asta înseamnă că suntem sinapside („arcuiți-contopite”). Sinapsidele includ mamifere și reptile asemănătoare animalelor dispărute. Diapsidele („biarched”) sunt animale care aveau inițial două arcade temporale; acestea includ șopârle, șerpi, tuataria, crocodili, dinozauri, pterozauri, precum și păsări. Și în cele din urmă, anapsidele („arculate”) sunt cele care nu au deloc arcade temporale sau deschideri. Acestea includ mai multe grupuri dispărute de șopârle, cum ar fi pareiasauri și procolofoni.

Nimeni nu clasifică țestoasele ca sinapside. Dar era cu totul firesc să le atribuim anapsidelor, deoarece țestoasele nu au arcade sau deschideri temporale; Au doar o crestătură temporală (dar nu un foramen!). Într-adevăr, la începutul secolului al XX-lea, câțiva paleontologi au ajuns imediat la concluzia că țestoasele sunt singurele anapside care au supraviețuit până în zilele noastre. Strămoșii lor ar fi putut fi, de exemplu, pareiasauri, care seamănă puțin cu țestoasele chiar și în forma corpului (Fig. 1).

În 1947, paleontologul american Everett Olson a propus clasificarea anapsidelor ca o subclasă de parareptile (Parareptilia), subliniind originea lor distinctă de alte reptile. El a inclus și țestoase în această subclasă.

Dar există și diapside. Potrivit lui Olson, au intrat în subclasa reptilelor adevărate (Eureptilia). Problema este că țestoasele au și o serie de caracteristici comune cu diapsidele moderne. De exemplu, inimile țestoaselor și șopârlelor sunt atât de asemănătoare încât, în 1916, acest lucru l-a determinat pe eminentul anatomist comparat englez Edwin Stephen Goodrich să se gândească la relația lor apropiată. Ulterior, trăsăturile comune țestoaselor cu diapside au fost descoperite în anatomia centurii pelvine, a piciorului, a maxilarului superior, a coloanei vertebrale și a occiputului. Iar fenestrele temporale, în cele din urmă, ar putea reapărea în niște linii evolutive sau, dimpotrivă, ar putea deveni supraîncărcate. Ca urmare, până la sfârșitul secolului al XX-lea, ipoteza originii țestoaselor din diapside a devenit destul de populară (vezi: V.R. Alifanov. Misterul originii țestoaselor, „Priroda”, 2001, nr. 8).

Alegerea dintre cele două teorii principale ale originii țestoaselor - anapsid (parareptile) și diapsid (eureptil) - nu a fost încă făcută. Argumentele anatomice comparative destul de puternice pot fi găsite pentru ambele. Din fericire, există și filogenetică moleculară. Analiza secvenței ADN care acoperă mai mult de două sute de gene duce la concluzia că ramura țestoasă este situată în interiorul diapsidelor (Fig. 2).

Dacă credem că biologia moleculară are întotdeauna ultimul cuvânt, problema poate fi considerată rezolvată. Dar de unde atâtea contradicții în construcțiile morfologice? Și cum pot fi înlăturate aceste contradicții?

Paleontologul australian Michael Lee a decis să descopere acest lucru combinând, dacă este posibil, toate datele moderne. El a raționat astfel: dacă soluția unei probleme nu converge iar și iar, înseamnă că trebuie să investigăm însăși metoda prin care o rezolvăm.

În zilele noastre, singura metodă general acceptată pentru construirea arborilor evolutivi este analiza cladistică (vezi cladistică). În cadrul acestei metode, toată evoluția este considerată ca un set de ramuri dihotomice (în două) ale arborelui genealogic, iar sarcina se reduce la simpla stabilire a ordinii acestor ramuri. Și este determinat în funcție de algoritmi stricti, pe baza unor liste de caracteristici în care fenotipurile animalelor sunt în mod necesar împărțite. În toate cazurile controversate, ramura care are mai multe caracteristici comune unice este considerată adevărată.

Calculele arborelui în cladistică au fost de mult efectuate automat, folosind programe speciale. Multe depind de aceste programe; Oamenii de știință filogenetici le îmbunătățesc în mod constant, combinând abordări existente și propunând altele noi.

Dar chiar și din asta este extrem de scurtă descriere Este clar că în analiza cladistică există cel puțin o operație complet inevitabilă care poate fi efectuată doar de o persoană. Aceasta este compilarea unei liste de simptome. Tipul de arbore pe care îl produce programul depinde întotdeauna de valorile caracteristicilor care au fost introduse în el.

Ce determină alegerea caracteristicilor? În primul rând, depinde ce grup de animale este în centrul atenției unui anumit cercetător. Oamenii de știință specializați în parareptile (anapside) și reptile adevărate (diapside) atunci când rezolvă aceeași problemă - în în acest caz, probleme legate de originea țestoasei - obținând rezultate diferite în mare parte pentru că pur și simplu lucrează cu trăsături diferite. De exemplu, specialiștii în anapside au acordat în mod tradițional ceva mai multă atenție anatomiei craniului, în timp ce specialiștii în diapside au acordat în mod tradițional ceva mai multă atenție anatomiei membrelor și a scheletului axial.

Țestoasele pot fi incluse într-un copac construit inițial pentru parareptile sau pot fi incluse într-un copac construit inițial pentru diapside. Rezultatele, desigur, în mod ideal ar trebui să fie aceleași, dar în realitate vor fi diferite. Michael Lee a decis să testeze în mod special acest lucru. În primul rând, folosind programe adecvate, a construit două tipuri de arbori genealogic de reptile fara broaste testoase: „concentrat pe diapside” și „concentrat pe anapside”, apoi au inclus țestoase în fiecare dintre acești copaci și apoi au comparat rezultatele (Fig. 3).

În rusă, este convenabil să numiți copacii din primul tip „diapsidocentric”, al doilea - „anapsidocentric”; cuvinte greoaie, dar nu există un mod mai simplu de a le spune. Opt dintre ambele au fost construite, folosind diferite tehnici de calcul. Mai mult, din opt copaci „diapsidocentrici”, pe șase țestoasele au ajuns în interiorul diapsidelor, iar pe doi, erau încă în interiorul anapsidelor. Dar pe copacii „anapsidocentrici”, țestoasele au ajuns în interiorul anapsidelor în toate cazurile. Nu există preferință în favoarea diapsidelor în nicio variantă.

Deci, există o asimetrie între arborii „diapsidocentrici” și „anapsidocentrici”. „Anapsidocentric” este susținut de analiza cladistică mult mai fiabil. Doar că grupul de animale s-a dovedit a fi atât de complex încât fără cercetări speciale nu este vizibil.

Deci, țestoasele sunt anapside până la urmă?

Dar ce să facem atunci cu datele moleculare, care plasează destul de clar țestoasele printre diapside?

Lee găsește o cale foarte extravagantă din această contradicție. El exprimă ideea că afirmațiile despre originea țestoaselor din diapside și apropierea lor de pareiasauri și procolofoni (adică de notorii anapside) pot fi adevărate. simultan. Aceasta înseamnă că pareiasaurii, procolofonii și, probabil, alte parareptile sunt și diapside, doar că și-au pierdut fenestrele temporale foarte devreme și rapid.

Are o astfel de ipoteză dreptul la viață, care, fără exagerare, răstoarnă ideea tradițională a arborelui genealogic al reptilelor? Lee se referă la descoperiri recente de parareptile strâns legate de procolofoni, în care se găsește de fapt cel puțin o fenestra temporală (vezi: Modesto et al., 2009. Un nou parareptil cu fenestrație temporală din Permianul Mijlociu al Africii de Sud). Mai mult decât atât, destul de recent a fost publicată o reconstrucție evolutivă, conform căreia prezența a cel puțin unei fenestre temporale este o stare primitivă pentru toate reptilele în general (vezi: Pineiro et al., 2012. Morfologia craniană a mezosauridului permian timpuriu Mesosaurus tenuidens și evoluţia fenestraţiei temporale inferioare reevaluată). Pe acest fond, ipoteza lui Li, care elimină în esență grupul anapside, nu pare cu totul incredibil. Și chiar înlătură contradicția privind poziția broaștelor țestoase.

Michael Lee este cunoscut ca un susținător de lungă durată al originii pareiasauriene a broaștelor țestoase (vezi, de exemplu, Lee, 1997. Filogenia pareiasaurilor și originea țestoaselor). Noua versiune radicală a acestei ipoteze servește cu siguranță drept „ultima linie de apărare”. Deci poziția sa poate fi considerată cu greu obiectivă (și, apropo, care om de știință este complet obiectiv?). Dar rațiunea noii ipoteze a lui Li pare destul de rezonabilă. Această ipoteză, desigur, necesită o verificare, dar merită atenție - fie și doar pentru că oferă o privire asupra evoluției unui grup de animale vechi și bine studiat dintr-un unghi neașteptat.

Dacă Lee se dovedește a avea dreptate, atunci manualele de zoologie referitoare la evoluția reptilelor vor trebui rescrise. Se poate spune chiar că aici apare un fel de „nouă filogenie a reptilelor”, prin analogie cu „noua filogenie a animalelor” deja cunoscută (vezi: Noile date au făcut posibilă clarificarea pedigree-ului regnului animal, „Elementele”. ”, 04/10/2008). Mai mult, în acest caz, biologia moleculară va fi aproape inutilă atunci când se testează o idee nouă: toate grupurile de tranziție s-au dispărut cu atât de mult timp în urmă, încât nu este posibilă nicio cercetare genetică moleculară asupra lor. Deci depinde de paleontologi.