С помощью новой компьютерной количественной оценки филогенетического сходства останков древних гоминидов ученые смогли еще раз подтвердить правильность современных представлений об эволюционном древе высших приматов. Кроме того, неандерталец и человек разумный генетически скорее двоюродные братья, чем отпрыски от одного и того же вида.
Всё это результаты работы аргентинского учёного Рональдо Гонсалеса-Хосе и его коллег, принятой к публикации в одном из ближайших номеров Nature. Однако их главный результат даже не в этом. Аргентинским учёным удалось показать, как сочетание нескольких методов оказывается способным решить антропологические задачи, которые были не под силу ни одному из них по отдельности.
одно из направлений филогенетической систематики, для которого характерны использование строго определённой схемы аргументации при реконструкции родственных отношений между таксонами, строгое понимание монофилии и требование взаимно-однозначного соответствия между реконструированной филогенией и иерархической классификацией.
Кладистический анализ – основа большинства принятых в настоящее время биологических классификаций, построенных с учетом родственных отношений между живыми организмами. Кладистике противостоят фенетика, основанная на количественной оценке так называемого общего сходства, и так называемая эволюционная таксономия, признающая ценность выяснения родственных отношений, но не требующая строгого соответствия системы и филогении (в частности, это выражается в признании права на существование в системе парафилетических групп).
Кладистика основана на идеях немецкого энтомолога и систематика Вилли Хеннига (1913 – 1976), изложенных в его работах 1950 –1960-х годов, однако название кладистика (от греческого «ветвь») было впервые использовано только в конце 1960-х критиками этого направления филогенетической систематики.
(от греческих «форма» и «измерять») - раздел биометрии, изучающий морфологические элементы человека и их связи о помощью математических методов исследования. Основными задачами медицинской морфометрии являются разработка методов и приемов измерений количественных параметров морфологических объектов, выяснение их групповых свойств и связей с целью установления закономерностей морфогенеза в норме и патологии.
Однако на самом деле эти признаки при переходе от вида к виду демонстрируют плавное изменение.
Ученые отсканировали трехмерные модели многих хорошо сохранившихся черепов, принадлежавших в прошлом различным видам вымерших людей и обезьян, и сгруппировали их характерные черты в четыре количественные величины — так называемые модули признаков. Оказалось, что модель сравнения на основе этих четырёх параметров не только хорошо отражает прежние представления о взаимосвязи между различными видами гоминидов, но и группирует всех вымерших Homo в одну семью, у истоков которой стоит Homo habilis — человек умелый.
Четыре модуля признаков, на которые опирался в своей работе Гонсалес-Хосе, касаются изменения кривизны основания черепа, уплощения передней части головы, сферичности черепной коробки, а так же формы и положения элементов жевательного аппарата. Эти группы признаков не только независимо отражают основные тенденции изменчивости при переходе от одного вида к другому, но и относятся к эволюционно обусловленным параметрам разделения линии гоминидов на семьи и подгруппы.
Все перечисленные признаки уже использовались учеными прежде в кладистическом анализе, однако еще никому не приходило в голову объединять отдельные черты в независимые модули. Чтобы сделать выводы из полученных данных, учёные воспользовались методом максимального приближения, требующего от филогенетически характеризуемых образцов минимальных по величине отличий.
или филогенетическая систематика - область биологической систематики, которая занимается идентификацией и прояснением эволюционных взаимоотношений среди разных видов жизни на Земле, как современных, так и вымерших.
Основателем систематики, области науки, которая занимается классификацией живых организмов и взаимоотношения между компонентами живого, считается Карл Линней. Однако только в конце 1950-х немецкий энтомолог Вилли Генниг высказал идею, что систематика должна отображать известную эволюционную историю так близко, как только возможно. Так был основан подход к систематике, который он назвал филогенетической систематикой.
Систематика описывает взаимоотношения среди таксонами и призвана помочь нам понять историю всех живых организмов.
Филогенетическое древо состоит из следующих элементов.
Узел: представляет таксономическую единицу. Он может быть или существующей группой или предком.
Ветвь: определяет взаимоотношение между таксонами в терминах потомков и предков.
Топология: правило,по которому разветвляется дерево.
Длина ветви: представляет число изменений, которые произошли между таксонами.
Корень: общий предок всех рассматриваемых организмов.
Масштаб расстояния: масштаб, который отражает число отличий между организмами или последовательностями генома.
Клада: группа двух или больше таксонов или последовательностей ДНК, которая включает как своего общего предка, так и всех его потомков.
Оперативная таксономическая единица (ОТЕ, OTU): уровень детализации, выбранный исследователем для данной работы, например индивидуумы, популяции, виды, роды или линии бактерий.
Методы филогенетического анализа
Существуют две главные группы методов изучения филогенетических взаимоотношений: фенетические и кладистические методы.
Фенетика, или числовая таксономия, использует разные мероприятия для определения наибольшего сходства рассматриваемых видов. Нет никаких ограничений на число или тип особенностей (данных) которые могут использоваться, хотя все данные должны быть сначала преобразованы в числовые значения, без любого «нормирования». Каждый организм потом сравнивается с каждым другим по всем особенностям, в результате подсчитывается число схожостей (или отличий). Организмы потом группируются таким образом, чтобы наиболее похожие были расположены вместе, а наиболее различающиеся — на максимальном расстоянии. В результате получают таксономические кластеры или фенограммы, которые не обязательно отображают генетическое сходство или эволюционную связь. Отсутствие эволюционного значения в фенетике привело к незначительному влиянию на классификацию животных, и в следствии интерес к использованию фенетики значительно уменьшился.
Альтернативный подход к схематическому изображению взаимоотношений между таксонами называется кладистикой. Основное предположение кладистики заключается в том, что члены группы имеют общую эволюционную историю. Потому они более близко относятся друг к другу, чем они к другим группам организмов. Связанные группы определяются по наличию набора уникальных особенностей (апоморфий), которые отсутствовали в отдаленных предках, но которые характерны для большинства или всех организмов в пределах группы. Полученные характеристики, относящиеся к членам группы называются синапоморфиями. Потому, в отличие от фенетических, кладистические группы не зависят от того сходны ли организмы по физическим чертам, а зависят от их эволюционных взаимоотношений. Действительно, в кладистических анализах у двую организмов могут быть общими многочисленные характеристики, но они будут членами разных групп.
Молекулярная филогенетика
Макромолекулярные данные, под которыми имеется в виду последовательности генетического материала (ДНК) и белков, накапливаются всё быстрыми темпами благодаря успехам молекулярной биологии. Сравнения последовательности ДНК у разных организмов могут сказать ученому много нового об эволюционных взаимоотношениях организмов, которые не могут иначе быть обнаружены на основе на морфологии, или внешней форме организмов, и их внутренней структуре. Поскольку геномы эволюционируют через постепенное накопление мутаций, количество отличий последовательности нуклеотидов между парой геномов разных организмов должно указать, как давно эти два генома разделили общего предка. Молекулярная филогенетика пытается определить скорость и отличия изменений в ДНК и белках, чтобы восстановить эволюционную историю генов и организмов.
Два общих подхода могут использоваться, чтобы получить эту информацию. В первом подходе, ученые используют ДНК, чтобы изучать эволюцию организма. Во втором подходе, разные организмы используются, чтобы изучать эволюцию ДНК. В любом подходе общая цель — сделать вывод относительно процесса эволюции организма по изменениям ДНК и процесса молекулярной эволюции по картине изменений ДНК.
Этот таксон выделяется более округлой формой задней стенки черепа, большей сферичностью черепной коробки и более плоским лицом.
Внутри этой группы H. sapiens образует свою собственную подгруппу, в которую также входят его более древние родственники H. erectus (человек прямоходящий), H. erraster (человек работающий) и H.rhodesiensis (человек родезийский). Вторая подгруппа образована H. neanderthalensis (человек неандертальский) и H. heidelbergensis (человек гейдельбергский).
Еще два вида людей, составляющих таксон Homo согласно методу максимального приближения, — H. habilis и H. rudolfensis — являются самостоятельными ранними видами людей.
Тем не менее за «точность» получаемых на основе численных характеристик черепов выводов пришлось заплатить их неоднозначностью.
Математические манипуляции с числами, к которым аргентинцы свели форму черепа, могут дать в качестве точного ответа лишь какие-то другие числа. Выводы — это почти всегда вопрос интерпретации этих чисел, зависящей к тому же от метода обработки данных, использованного в работе.
Все приведённые выше выводы — результат применения метода максимального приближения. Использование других способов обработки способно слегка «перерисовать» филогенетическое древо, как это показывают сами авторы работы. И, хотя аргентинцы пускаются в пространные рассуждения, обосновывающие преимущество использованного ими метода математической обработки, уже сама их пространность заставляет задуматься: каково преимущество «точных выводов», когда не знаешь настолько же точно, что они означают? Это, впрочем, вопрос уже выходящий за рамки любой из наук.
