|
Модель эволюции самых ранних форм жизни
|
|
|
|
В эпоху больших данных преобладает мнение, что чем больше информации, тем лучше ответы. Однако новое канадское исследование показывает, что в поисках древних предков жизни больше данных может фактически привести к меньшей доле истины. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, проведенное доцентом кафедры компьютерных наук Университета Монреаля Миклошем Чюрёшем, показывает, что стандартные методы реконструкции геномов древних микробов не справляются с взрывом информации.
|
|
|
|
Этот парадокс приводит к тому, что существующие модели «галлюцинируют» эволюционные события — в частности, невероятно большое количество горизонтальных переносов генов — которые на самом деле являются всего лишь статистическими призраками, показывает исследование.
|
|
|
|
В нем Чюрёш определяет кризисную точку в эволюционной биологии: когда исследователи пытаются согласовать тысячи последовательностей генов по всему древу жизни, фактический эволюционный сигнал начинает исчезать, заменяясь математическим шумом.
|
|
|
|
Не приближайте изображение слишком сильно
|
|
|
|
«Традиционные инструменты пытаются отслеживать каждую отдельную мутацию и обмен, но в таком масштабе сигнал обрывается», — сказал Чюрош. «Это как пытаться читать книгу, где чернила размазаны; если вы слишком приблизите изображение, вы полностью потеряете буквы».
|
|
|
|
|
|
|
Для решения этой проблемы Чюрош разработал структуру GLD (Gain-Loss-Duplication). Вместо того чтобы теряться в «размазанных чернилах» отдельных последовательностей, GLD фокусируется на демографических характеристиках семейств генов — отслеживая, как они рождаются, как умирают и как перемещаются во времени.
|
|
|
|
Используя надежные вычисления вероятности и отходя от шума отдельных вариаций, структура GLD обеспечивает более четкую и стабильную карту прошлого, сказал Чюрош. «Преодолевая сложные математические вычисления процессов рождения-смерти, она становится мощным инструментом для геномной археологии».
|
|
|
|
Применение GLD к массивному набору данных из 269 геномов архей позволило скорректировать искаженные результаты предыдущих громких исследований, как обнаружил Чюрёш. Исследование показало, что эволюция архей — это не хаотичный обмен генами, а тонко сбалансированное и динамичное равновесие.
|
|
|
|
Выявлены три компонента
|
|
|
|
Это равновесие имеет три компонента: первый — это скрытая борьба. Большая часть жизни генома проходит в высокочастотном цикле оптимизации (постоянная «утечка» отдельных генов), уравновешиваемом повсеместным притоком транзиентных генов. Исследование показало, что на каждое стабильное семейство генов приходится в шесть раз больше транзиентных генов, проходящих через него — открытие, ставшее возможным благодаря новому математическому методу, который корректирует предвзятость, возникающую при рассмотрении только общих генов.
|
|
|
|
Второй компонент фокусируется на адаптивных модульных потерях. Помимо случайного фонового шума, исследование выявило модульные закономерности, при которых целые наборы функциональных генов отбрасываются вместе. Это не случайность; Это стратегические адаптации. Например, когда древний микроб меняет свой рацион, он в результате скоординированного эволюционного шага избавляется от всего биологического механизма, который ему больше не нужен.
|
|
|
|
А третий вариант включает в себя прерывистые масштабные приобретения. Эти потери чередуются с редкими, масштабными всплесками нового генетического материала. Эти события действуют как «эволюционные основатели», предоставляя сырье, позволяющее новым классам организмов — таким как галобактерии — процветать в совершенно новых средах.
|
|
|
|
Доказывая, что меньше — значит больше, когда речь идет о филогенетическом сигнале, Чсурош заявил, что его исследование предоставляет «новую, статистически обоснованную основу для понимания того, как эволюционировали самые ранние формы жизни на Земле».
|
|
|
|
«Оно предлагает важный механизм контроля качества для следующего поколения эволюционных исследований, гарантируя, что мы не примем шум больших данных за сигнал истории жизни».
|
|
|
|
Источник
|
