«Замороженное во времени» ДНК: как аномалия ввела ученых в заблуждение

После катастрофического удара метеорита 65 миллионов лет назад, который стал судьбоносным для большинства динозавров, птицы, являющиеся технически динозаврами, не только выжили, но и процветали. Ученые веками пытались систематизировать около 10 тысяч видов птиц в единое семейное древо, чтобы понять, как последние выжившие динозавры заполонили небеса. Недорогое секвенирование ДНК должно было упростить этот процесс, как это произошло со многими другими видами. Однако птицы оказались не такими простыми, как предполагалось.

В двух новых исследовательских работах ( 1 , 2 ) ученые раскрыли, что другое событие, произошедшее 65 миллионов лет назад, ввело их в заблуждение относительно истинной истории семьи птиц. Они обнаружили, что секция одной хромосомы миллионы лет была «заморожена во времени» и отказывалась смешиваться с окружающей ДНК, как того требовало развитие. Эта секция, составляющая всего два процента генома птиц, убедила ученых, что большинство птиц можно разделить на две основные категории, считая фламинго и голубей эволюционными кузенами. Однако более точное семейное древо, учитывающее вводящую в заблуждение секцию генома, определяет четыре основные группы и указывает на то, что фламинго и голуби имеют более дальнюю родственную связь.

Прорыв в исследовании эволюции птиц

Эдвард Браун, доктор философии, старший автор исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences и профессор биологии в Университете Флориды, рассказывает: «Моя лаборатория занималась этой проблемой эволюции птиц больше, чем мне хотелось бы признавать. Мы и не подозревали, что в геноме найдется большой участок, который будет вести себя необычно. Мы как бы наткнулись на это». Браун возглавил международную группу исследователей вместе с Сиавашем Мирарабом, профессором компьютерной инженерии в Университете Калифорнии в Сан-Диего, чтобы опубликовать их доказательства того, что этот «липкий» участок ДНК запутал истинную историю эволюции птиц.

Исследования являются частью проекта по геномике птиц B10K, возглавляемого Гоцзе Чжаном из Чжэцзянского университета, Эриком Джарвисом из Университета Рокфеллера и Томом Гилбертом из Копенгагенского университета.

Генетические аномалии и эволюционные открытия

Десять лет назад Браун и его коллеги собрали семейное древо для группы Neoaves, включающей большинство видов птиц. Основываясь на геномах 48 видов, они разделили Neoaves на две большие категории: одна включала голубей и фламинго, а вторая – все остальные виды. Повторный анализ в этом году с использованием 363 видов показал другое семейное древо, в котором голуби и фламинго были разделены на разные группы.

С двумя взаимоисключающими семейными деревьями на руках ученые искали объяснения, которые могли бы указать, какое древо является верным. «Когда мы посмотрели на отдельные гены и поддержку, которую они оказывали одному из деревьев, внезапно выяснилось, что все гены, поддерживающие старое дерево, находятся в одном месте. Это и запустило весь процесс», - говорит Браун.

Осматривая это место, команда Брауна заметила, что оно не было так смешано, как должно было быть за миллионы лет полового размножения. В результате фламинго и голуби выглядели похожими друг на друга в этом участке «замороженной» ДНК. Но с учетом полного генома стало ясно, что две группы имеют более дальнюю родственную связь.

«Удивительно, что этот период подавленной рекомбинации мог ввести в заблуждение анализ», - говорит Браун. «И потому что он мог ввести в заблуждение анализ, его фактически можно было обнаружить спустя более 60 миллионов лет. Вот что интересно».