Откриване на дървото на живота

Разглеждаме основните видове биоразнообразие: генетично, екологично и еволюционно. Тук ще видим последния вид и еволюционния произход – водеща тема в научната ми работа. Науката за еволюционния произход е анализ на биоразнообразието във времето. Питаме се, как е възникало биоразнообразието, какво е бъдещето му и каква е ролята на човека в бъдещото развитие на тези модели. Чрез произхода можем да разглеждаме еволюционната история на различни видове. Така че изучаването на произхода е и изучаване на дървото на живота. Учените използват тази метафора, за да описват връзките между групите организми в схема. Но как се прави дървовидна схема? Какви данни ни трябват, за да съставим дървото? Става дума за науката филогенетична систематика. Филогенетичните модели са съставени от признаци, т.е. белези, които се наблюдават при организмите. Т.е. един уникален признак на даден организъм представлява уникално събитие в еволюционната му история, което бележи появата на съответния признак. Ако разгледаме няколко организма и опишем уникалните им белези, налюдаваме уникалните събития в историята им, които носят информация за връзките между тях. Това се дължи на факта, че събитията могат да се споделят с други организми. Ако събитията са споделени, такива са и историите им. Т.е. видовете са родствени. Да вземем за пример морския таралеж. Те имат дълги бодли и прости кръгли тела, към които са прикрепени бодлите. Знаете ли обаче, че Clypeaster е плосък морски таралеж, приспособил се да живее на сушата? Така че ако плоският таралеж е морски таралеж, може ли да има нов еволюционен белег, обединяващ всички индивиди от този вид и изключващ останалите видове морски таралежи? Можем ли да обедимин тези навид различни видове под един произход? Но ето и още един вид плосък таралеж – очевидно общ белег между двата вида е, че са плоски. Няма обаче други плоски морски таралежи. Това е уникален белег, който обединява всички плоски таралежи и изключва всички морски таралежи. Това е белег, породил появата на плосък таралеж само веднъж в еволюционната история на рода. Теорията е, че тези два вида споделят общ предшественик, обща история. Защото именно в момента на обща история са развили признака да са плоски. При плоските таралежи с явно общ предшественик може да има и други прояви на плоската форма. Някои например имат дупки в телата си – друго уникално събитие в рамките на групата. Това е друго важно нещо в дървото на живота: всяка група е част от друга група. Природата е йерархия, която може да се представи чрез дървовидна схема. Тези схеми са известни като кладограми или филогенетични дървета. Нещата обаче са по-сложни, защото знаем, че съществуват около 250 вида плоски таралежи и вкаменелости на около 750 изчезнали вида. Знаем и че има отделно филогенетично дърво, показващо връзките между плоските таралежи. Но не знаем точните разклонения, т.е. „топологията“ на това дърво. Всяко подгрупиране може да се докаже чрез един или няколко уникални нови еволюционни признака. Целта е уникалните признаци да се подредят точно, така че да се обосноват всички връзки. Всяка връзка трябва да има свое разклонение, за да документираме отделните еволюционни събития или т.нар. признаци на изучаваните видове. Едно ясно заключение е, че някои видове са се появили на Земята по-скоро в сравнение с други. Можем да видим това в топологията на дървото, защото в нея личи времева ос: от стари до най-нови. Трябва да запомним, че подредбата на разклоненията е относителна; това е топологията. Това разклонение предхожда това разклонение, а най-долното предхожда и двете други. Да признаем, че при 10 млн. вида на Земята дървото на живота може да е доста сложно. Затова точното разполагане на всички групи организми изисква много данни и изследвания. При филогенетичната систематика се използват компютри. Вземат се масиви от данни за признаците, въвеждат се белезите за всеки вид и всичко се задава в компютърна програма. С математически процеси се съставят дървета, които могат да се тестват многократно, така че да се изведе най-доказуемата хипотеза за топологията на дървото. Понякога тези нови признаци може да пораждат промени в реда на разклоняване на дървото. В помощ на филогенетиците при тестването на хипотезите идва нещо сравнително ново – разбира се, това е ДНК. Еволюционните пътища и новите признаци са записани в ДНК, точно както и във физическите белези, които можем да видим с очите си. За съставяне на дървета учените разчитат все повече на анализ на масиви от молекулярни данни. Общата картина на дърветата дава мощен способ за наблюдение на развитието на еволюцията. Така четем историята на живота – едно от най-вълнуващите неща в нашата област. В случая с морските таралежи, можем да изследваме защо са станали плоски и имат дупки. Използваме дървото, за да научим историята на еволюцията. За мен това е толкова вълнуващо! Сред първите кладограми са тези на Чарлз Дарвин, установил значението на еволюционните дървета. Винаги се сещам за Дарвин при мисълта за картината на живота и как дърветата я представят. Дарвин е знаел, че тези дървета представят произходa и общата картина на биоразнообразието на фона на голям период от време. Не знаел само колко много ще можем да разкрием чрез мощните модерни технологии и колко полезни са дърветата при опазването на изумителното, но застрашено биоразнообразие. Академия на науките, Калифорния.