Ответ на вопрос о том, представляют ли губки или гребешки (также известные как морской крыжовник) древнейший из сохранившихся типов животных, имеет решающее значение для нашего понимания эволюции организма. Два возможных решения имеют очень разные последствия для нашего понимания центральных аспектов ранней эволюции многоклеточных животных (Metazoa), таких как происхождение нервной системы, тканей и органов. В последние годы новые данные снова привлекли внимание к этой проблеме и вызвали противоречивые дискуссии среди зоологов.
Теперь, повторный анализ свидетельств международной группой эволюционных биологов убедительно опроверг предположение о том, что гребневые желе являются филогенетически самой старой из сохранившихся групп многоклеточных. Новое исследование, совместное усилие групп под руководством профессора Герта Ворхейда (заведующий кафедрой палеонтологии и геобиологии LMU) и доктора Давиде Пизани (Бристольский университет, Великобритания) подтверждает традиционное мнение о том, что губки были первым типом, который отклонился от общепринятого. предок многоклеточных. «Некоторые недавние исследования, по-видимому, предполагают, что гребневики были законодателями мод в эволюции животных.
Но мы смогли опровергнуть эту идею, используя более мощные и сложные методы анализа генетических данных, представленных в этих исследованиях», — говорит Уорхайд. Новые результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).Губки (Porifera), гребешки (Ctenophora), настоящие медузы и кораллы (Cnidaria) и пластинчатые животные (Placozoa) вместе составляют так называемых небилатерианских животных.
Все четыре типа являются эволюционно древними и существовали уже более 600 миллионов лет назад. Однако выяснение взаимосвязей между ними — и того, как они соотносятся с Bilateria, к которой принадлежат все другие животные, включая человека, — оказалось одной из самых сложных проблем эволюционной биологии. «Если мы хотим понять эволюцию некоторых ключевых характеристик животных, таких как их нервная система, организация тканей и органов, мы сначала должны прояснить ранние филогенетические отношения», — объясняет Ворхайд.Эволюция сложности Традиционный взгляд на проблему постулирует, что губки были первой группой, которая отклонилась от линии происхождения, которая дала начало всем другим животным — другими словами, Porifera является сестринской группой для всех других видов животных.
Эта гипотеза подтверждается исследованиями сравнительной морфологической и функциональной анатомии, которые основаны на признании структурных сходств между основными планами тела различных групп животных. Однако результаты более поздних филогенетических анализов, полученных из сравнения последовательностей конкретных генов и целых геномов, по-видимому, указывают на Ctenophora как на первую группу, которая рассталась с родословной, от которой остальной животный мир (включая губки) эволюционировал.Подтверждение этой последней гипотезы имело бы далеко идущие последствия для нашего понимания эволюционной истории, потому что гребневики и их родственники являются относительно сложными животными — в отличие от губок и плакозоев, гребневики обладают мышцами и нервной системой. "Если гребневики первыми разошлись, эти системы органов, вероятно, присутствовали у общего предка всех животных — а губки и плакозои, должно быть, впоследствии их потеряли — или сложные черты, такие как нервные клетки и мышцы, должны были возникать независимо несколько раз в разных линиях. , — поясняет Ворхайд. «Последний сценарий потребует полной переоценки ранней эволюции животных».Подводные камни статистического анализа В новом исследовании Уорхайд и его коллеги повторно проанализировали данные генома, представленные в более ранних исследованиях, и их результаты отвергают гипотезу «Ctenophora first». «Аналитические методы, использованные в исходных отчетах, не были наиболее подходящими для поставленной задачи, и это приводило к систематическим ошибкам в моделировании эволюции последовательности», — объясняет Уорхайд.
С помощью сложных статистических методов он и его сотрудники смогли определить оптимальную эволюционную модель, учитывая характер имеющихся данных, и применили новый метод исправления систематических ошибок. «Используя сложные процедуры расчета, мы смогли продемонстрировать, что размещение гребневиков в основании эволюционного древа животных является артефактом. Когда к этим наборам данных применяются более мощные модели, обнаруживается, что губки действительно являются самыми ранними расходящимися группа животных ", — говорит он.Уорхайд и его коллеги использовали новое вычислительное облако в суперкомпьютерном центре Leibniz Supercomputing Center (LRZ) Баварской академии наук и гуманитарных наук для своих сложных вычислений. Compute Cloud — это высокопроизводительный компьютер, специально предназначенный для специального использования.
Команде потребовалось около 40 000 процессорных часов или около четырех недель для анализа данных — на обычном ноутбуке на расчеты потребовалось бы более 20 лет.В последующих исследованиях исследователи планируют дополнительно проанализировать соответствующие наборы данных, чтобы проверить различные сценарии эволюции самых ранних типов животных.
В частности, они также заинтересованы в выяснении положения простейших из всех многоклеточных животных — Placozoa. «Плакозои — загадочные организмы, филогенетическое положение которых еще не определено окончательно», — говорит Ворхайд. Чтобы решить эту загадку, он и его коллеги секвенируют геномы нескольких плакозоанов и губок.
Эта работа в настоящее время выполняется в контексте проекта MODELSPONGE, который финансируется LMUexcellent, стратегией корпоративного развития LMU.