- 20,229
- 46
- 8 Ноя 2022
Природа целится миллионы лет, стреляет за секунду и попадает в яблочко.
Эволюция головоногих — кальмаров, осьминогов и их родни — шла не ровной линией , а рывками: длительные периоды почти без изменений прерывались резкими скачками, когда появлялись новые формы и признаки. Такой узор обнаруживается не только у морских животных. Ветвления на эволюционных деревьях самых разных систем — от белков до человеческих языков — часто сопровождаются всплесками перемен. К такому выводу приводит новая математическая модель , авторы которой пересобрали представления о темпе и ритме эволюции, восходящие к идее прерывистого равновесия (punctuated equilibrium), предложенной Найлсом Элдриджем и Стивеном Джеем Гулдом в 1972 году.
Классический дарвиновский взгляд долго описывал происхождение новых видов как медленное накопление малых изменений. Концепция прерывистого равновесия внесла альтернативу: в ископаемой летописи виды нередко сохраняют стабильность миллионы лет, а затем за относительно короткое время резко меняются. Долгие годы спор шёл на стыке палеонтологии и молекулярной биологии: первые видят крупные морфологические скачки в геологических слоях, вторые чаще фиксируют тонкие, постепенные сдвиги в последовательностях ДНК и белков .
Новый подход примиряет эти перспективы. Команда исследователей объединила идеи нескольких моделей и добавила ключевой параметр — «шип» изменения, то есть долю преобразований, приходящуюся на момент появления новой ветви в дереве. Такой приём позволяет отличить фоновые плавные сдвиги от ускорений, связанных с расхождением линий. Дополнительно учтены и «фантомные всплески» (stubs) — случаи, когда ветвь возникала, но позднее вымерла и потому не видна напрямую в современных данных; их след можно восстановить по конфигурации сохранившихся линий.
Проверка на реальных наборах показала повторяемый рисунок. На древней семье ферментов аминоацил-тРНК-синтетаз (aaRS), критически важных для трансляции РНК в белки и, вероятно, предшествовавших последнему универсальному общему предку (LUCA), ускорения приходились именно на развилки: новые варианты ферментов формировались быстрее всего вблизи разветвлений, после чего темп снова замедлялся. Если сравнивать с деревьями, построенными при допущении исключительно плавных темпов, то «длина» постепенной компоненты в новой реконструкции оказалась короче примерно на 30 процентов — признак того, что значительная часть пути пройдена скачками.
Отдельный анализ посвящён головоногим: исследователи сопоставили признаки 27 современных видов и 52 ископаемых форм — от щупалец и присосок до общей архитектуры тела. Итог неожиданный по масштабам: около 99 процентов морфологических изменений накопилось не плавно, а вблизи узлов ветвления. Практически все характерные особенности группы возникали в моменты расхождения линий.
Тот же механизм прослеживается и в системах, созданных людьми. На материале индоевропейских языков алгоритм выявил ранние ускорения при разделении ветвей и, с учётом этих скачков, дал оценку времени зарождения семьи в Евразии. Такие результаты подтверждают, что прерывистые переходы — явление не частное, а широко распространённое в биологической и культурной эволюции.
Авторы называют этот режим сальтаторным ветвлением (saltative branching): расхождение популяций или линий запускает «подгазовку», которая быстро уводит их в разные стороны, а затем возвращается спокойный режим мелких коррекций. В биологии это согласуется с эпизодами резкой адаптации к новой среде или изоляции групп. Похожие закономерности возможны в культурах и языках, когда сообщество отделяется и в сжатые сроки закрепляет отличительные нормы.
Важно и то, чего модель не утверждает. Речь не о «особом» механизме, отличном от естественного отбора, а о временных окнах, когда отбор действует особенно жёстко и результативно. С этой точки зрения прерывистое равновесие становится не оппонентом дарвиновских идей, а частным случаем динамики адаптации.
Круг рассмотренных данных широк: помимо aaRS и головоногих в работу вошли наборы по изменению размеров тела у млекопитающих, эволюции специализированной нектарной системы у австралазийских попугаев и раннему распространению вируса SARS-CoV-2. Во всех случаях выявлялись кластеры ускорений у узлов деревьев. Особенно примечательно, что признаки резких сдвигов появились и в молекулярных рядах, где их раньше фиксировали реже, — ещё один шаг к снятию старого противоречия между палеонтологическими и генетическими данными.
Перспектива практического применения ясна. Новый инструмент даёт возможность переоценить сроки и траектории в десятках и сотнях уже собранных наборов — от ископаемых серий до филогеномик. С его помощью можно точнее датировать ранние развилки языковых семей, пересчитать темпы формирования ключевых белковых доменов , уточнить узлы быстрых перемен у крупных таксонов. Одновременно рамка остаётся открытой для испытаний: пока опробовано чуть больше десятка массивов, а данных, пригодных для повторной реконструкции с учётом всплесков и «фантомных» ветвей, накоплены целые архивы.
Главный вывод — темп эволюции редко бывает ровным. Ветви деревьев жизни и культуры не только тянутся, но и стреляют: расщепление линий часто совпадает с периодами ускоренного новшества. И чтобы верно прочитать эту историю, стоит учитывать не только шаг, но и спринт.
Эволюция головоногих — кальмаров, осьминогов и их родни — шла не ровной линией , а рывками: длительные периоды почти без изменений прерывались резкими скачками, когда появлялись новые формы и признаки. Такой узор обнаруживается не только у морских животных. Ветвления на эволюционных деревьях самых разных систем — от белков до человеческих языков — часто сопровождаются всплесками перемен. К такому выводу приводит новая математическая модель , авторы которой пересобрали представления о темпе и ритме эволюции, восходящие к идее прерывистого равновесия (punctuated equilibrium), предложенной Найлсом Элдриджем и Стивеном Джеем Гулдом в 1972 году.
Классический дарвиновский взгляд долго описывал происхождение новых видов как медленное накопление малых изменений. Концепция прерывистого равновесия внесла альтернативу: в ископаемой летописи виды нередко сохраняют стабильность миллионы лет, а затем за относительно короткое время резко меняются. Долгие годы спор шёл на стыке палеонтологии и молекулярной биологии: первые видят крупные морфологические скачки в геологических слоях, вторые чаще фиксируют тонкие, постепенные сдвиги в последовательностях ДНК и белков .
Новый подход примиряет эти перспективы. Команда исследователей объединила идеи нескольких моделей и добавила ключевой параметр — «шип» изменения, то есть долю преобразований, приходящуюся на момент появления новой ветви в дереве. Такой приём позволяет отличить фоновые плавные сдвиги от ускорений, связанных с расхождением линий. Дополнительно учтены и «фантомные всплески» (stubs) — случаи, когда ветвь возникала, но позднее вымерла и потому не видна напрямую в современных данных; их след можно восстановить по конфигурации сохранившихся линий.
Проверка на реальных наборах показала повторяемый рисунок. На древней семье ферментов аминоацил-тРНК-синтетаз (aaRS), критически важных для трансляции РНК в белки и, вероятно, предшествовавших последнему универсальному общему предку (LUCA), ускорения приходились именно на развилки: новые варианты ферментов формировались быстрее всего вблизи разветвлений, после чего темп снова замедлялся. Если сравнивать с деревьями, построенными при допущении исключительно плавных темпов, то «длина» постепенной компоненты в новой реконструкции оказалась короче примерно на 30 процентов — признак того, что значительная часть пути пройдена скачками.
Отдельный анализ посвящён головоногим: исследователи сопоставили признаки 27 современных видов и 52 ископаемых форм — от щупалец и присосок до общей архитектуры тела. Итог неожиданный по масштабам: около 99 процентов морфологических изменений накопилось не плавно, а вблизи узлов ветвления. Практически все характерные особенности группы возникали в моменты расхождения линий.
Тот же механизм прослеживается и в системах, созданных людьми. На материале индоевропейских языков алгоритм выявил ранние ускорения при разделении ветвей и, с учётом этих скачков, дал оценку времени зарождения семьи в Евразии. Такие результаты подтверждают, что прерывистые переходы — явление не частное, а широко распространённое в биологической и культурной эволюции.
Авторы называют этот режим сальтаторным ветвлением (saltative branching): расхождение популяций или линий запускает «подгазовку», которая быстро уводит их в разные стороны, а затем возвращается спокойный режим мелких коррекций. В биологии это согласуется с эпизодами резкой адаптации к новой среде или изоляции групп. Похожие закономерности возможны в культурах и языках, когда сообщество отделяется и в сжатые сроки закрепляет отличительные нормы.
Важно и то, чего модель не утверждает. Речь не о «особом» механизме, отличном от естественного отбора, а о временных окнах, когда отбор действует особенно жёстко и результативно. С этой точки зрения прерывистое равновесие становится не оппонентом дарвиновских идей, а частным случаем динамики адаптации.
Круг рассмотренных данных широк: помимо aaRS и головоногих в работу вошли наборы по изменению размеров тела у млекопитающих, эволюции специализированной нектарной системы у австралазийских попугаев и раннему распространению вируса SARS-CoV-2. Во всех случаях выявлялись кластеры ускорений у узлов деревьев. Особенно примечательно, что признаки резких сдвигов появились и в молекулярных рядах, где их раньше фиксировали реже, — ещё один шаг к снятию старого противоречия между палеонтологическими и генетическими данными.
Перспектива практического применения ясна. Новый инструмент даёт возможность переоценить сроки и траектории в десятках и сотнях уже собранных наборов — от ископаемых серий до филогеномик. С его помощью можно точнее датировать ранние развилки языковых семей, пересчитать темпы формирования ключевых белковых доменов , уточнить узлы быстрых перемен у крупных таксонов. Одновременно рамка остаётся открытой для испытаний: пока опробовано чуть больше десятка массивов, а данных, пригодных для повторной реконструкции с учётом всплесков и «фантомных» ветвей, накоплены целые архивы.
Главный вывод — темп эволюции редко бывает ровным. Ветви деревьев жизни и культуры не только тянутся, но и стреляют: расщепление линий часто совпадает с периодами ускоренного новшества. И чтобы верно прочитать эту историю, стоит учитывать не только шаг, но и спринт.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
