Это открытие предполагает серьезные отклонения в молекулярных часах, которые активно используются для датирования многих видов живых существ. Это также прямо опровергает широко распространенное представление о том, как большинство групп растений и животных Южного полушария достигли своего нынешнего распространения.
Геологи датируют окаменелости с помощью радиоизотопного анализа, который может дать абсолютный возраст с погрешностью менее 0,05 процента. Молекулярные часы применяют скорость молекулярных изменений и «калибровку» окаменелостей к древу жизни, чтобы построить «дерево времени», которое оценивает, когда произошли эволюционные события.
Скорость замещения зависит от ДНК, обнаруженной во множестве генов, и известные датированные окаменелости служат точками привязки калибровки. Несмотря на то, что заявленные ошибки метода часов намного больше, чем при геологическом датировании, он предлагает чрезвычайно привлекательное преимущество датирования большой части живых организмов, которые имеют очень ограниченную летопись окаменелостей или вообще не имеют их.«Палеонтология и молекулярные часы связывают давние и непростые отношения», — сказал Питер Уилф, палеоботаник и профессор геолого-геофизических наук Пенсильванского университета. «Палеонтологи хотят, чтобы молекулярные часы работали.
Однако в течение многих лет мы видели молекулярные даты, в основном для очень глубоких эволюционных событий, которые намного старше, чем соответствующие окаменелости. Эта ситуация разочаровывала Уловки-22, потому что, если часы идут неправильно, не существует окаменелостей, которые могли бы продемонстрировать их неправоту. Здесь мы рассмотрели много новых окаменелостей растений из чрезвычайно продуктивного региона Патагонии и обнаружили обратное, что окаменелости намного старше, чем даты часов. В этом случае мы можем определенно говорят, что часы неправильные.
Окаменелости доказывают это ».Уилф, Игнасио Эскапа, Национальный совет по научно-техническим исследованиям, Палеонтологический музей Эджидио Феруглио (MEF), Трелью, Аргентина, и многие другие вместе работали над патагонской палеоботаникой на базе Пенсильванского государственного университета, MEF и Корнельского университета более десяти лет.Мы имеем дело с одним из самых последних споров в биологических науках, — сказал Эскапа. — Можно ли определить темп эволюции без исчерпывающего анализа летописи окаменелостей?
Чрезвычайно разнообразная летопись окаменелостей, обнаруженная в Патагонии, кажется, указывает на то, что в настоящее время это невозможно ».Уилф и Эскапа изучили 19 линий ископаемых растений папоротников, саговников, хвойных и цветковых растений из Патагонии, Аргентина, и сравнили их возраст с исследованиями молекулярных часов, в которых в качестве калибровки использовались другие окаменелости.
Они сообщили о своих результатах сегодня (2 декабря) онлайн в New Phytologist. Они обнаружили, что большинство дат окаменелостей значительно старше, чем те, которые определены по данным молекулярных часов, если только предыдущая калибровка уже не была очень тесно связана с ископаемым объектом.
Дальнейшее значение работы заключается в том, что все изученные окаменелости представляют собой растения, которые жили на суперконтиненте Гондвана в его конечной стадии.«Мы нацелили наше исследование на одну из величайших дискуссий в биологии: что объясняет разрозненное распределение стольких групп растений и животных на различных южных территориях, разделенных обширными океанами?» — сказал Уилф. "Эти массивы суши когда-то были объединены в Гондвану, и одна известная школа мысли, известная как биогеография викарианса, считает, что современное распределение в основном является результатом последующего разделения континентов и организмов, которые жили на них.
С другой стороны, молекулярная биогеография. «Деревья времени» все чаще вызывают множество эволюционных событий после окончательного распада Гондваны около 45 миллионов лет назад ».Это объяснение требует, чтобы многие группы растений и животных эволюционировали относительно недавно, а затем каким-то образом рассредоточились по океанам. Огромное скопление молодых молекулярных фиников убедило многих исследователей в правильности этой поразительной идеи.
«Однако то, что мы видим в этих окаменелостях, — это то, что классические растения Южного полушария, такие как деревья-головоломки обезьян, которые сейчас населяют Южную Америку и Австралазию, жили в Гондване задолго до того, как она распалась». — сказал Уилф. «Трансокеанские путешествия не требуются для объяснения их распространения в прошлом и настоящем, и наши результаты оживят школу викария. Однако мы предупреждаем, что распространение через океаны, вероятно, все еще играет важную роль, хотя и уменьшилось по сравнению с тем, что многие думали в последнее время».
Когда-то Гондвана состояла из большей части территории, которая сейчас находится в Южном полушарии, а также Индии. На своей последней стадии 45 миллионов лет назад он все еще включал Антарктиду, Южную Америку и Австралию.
Результаты исследователей показывают, что группы живых растений, найденные в виде окаменелостей в Южном полушарии, эволюционировали, пока между этими континентами еще существовали наземные связи или мелководье. Во многих случаях для распространения живых родственников окаменелостей не было необходимости в переходе на большие расстояния в глубоководные районы.Ископаемые растения из Патагонии — отличный ресурс для сравнения геологических и молекулярных дат. Не только окаменелости имеют точные геологические даты, но и таксономическая информация об этих окаменелостях хорошо известна из-за их превосходной сохранности и полноты.
В настоящее время из Патагонии поступает большой объем новой высококачественной информации, которая еще не была ассимилирована в исследованиях молекулярного датирования, что дает эту редкую возможность сравнить окаменелости и часы для относительно большого числа групп растений.Исследователи не уверены, почему в датах молекулярных часов существует сильная направленность.
Они предполагают, что в некоторых исследованиях молекулярных часов не учитывались известные окаменелости, которые сделали бы даты более древними. Они также предполагают, что правила размещения окаменелостей на древе жизни в качестве калибровок слишком консервативны и, по-видимому, значительно смещают молекулярные оценки в сторону более молодых дат.Неточность молекулярных часов в этом исследовании вызывает новые сомнения в точности дат часов для многих других организмов, от животных до патогенов человека. Эта работа подчеркивает важность продолжения поиска новых окаменелостей важных групп растений и животных из многих регионов мира, для которых недостаточно выборки.
Однако, несмотря на то, что диалог между палеонтологами и молекулярными биологами часто бывает трудным, исследователи соглашаются, что он должен продолжаться, чтобы появилось более широкое понимание.«Открытие и описание новых интересных окаменелостей вместе с реальными междисциплинарными усилиями может быть единственной лучшей возможностью для достижения четкого консенсуса по этому важному вопросу в эволюции жизни», — сказал Эскапа.