Vilniaus universiteto (VU) ir Viktorijos (Britų Kolumbija, Kanada) universiteto studento ir mokslininkų komanda paskelbė straipsnį „Judant link geresnio iteracinės evoliucijos supratimo: Baltijos Baseino vėlyvojo silūro Monograptidų (Graptolithina) pavyzdys“ („Moving Towards a Better Understanding of Iterative Evolution: an example from the late Silurian Monograptidae (Graptolithina) of the Baltic Basin“) viename įtakingiausių šios mokslo srities periodinių leidinių pasaulyje – britų paleontologijos asociacijos leidžiamame žurnale „Palaeontology“.

Tarptautinės magistrantūros rezultatas 

Straipsnio pirmasis autorius Misha Whittinghamas – VU geologijos alumnas, šiuo metu Karltono universiteto Otavoje (Kanada) doktorantas. Prieš trejus metus jis atkeliavo į Lietuvą, išgirdęs apie čia vykdomus inovatyvius paleozojaus eros gyvybės tyrimus. Norėdamas įgyti unikalių žinių, kurios praverstų tolesnėje mokslinėje karjeroje, vadovaujamas prof. Sigito Radzevičiaus ir konsultuojamas doc. Andrejaus Spiridonovo, nusprendė ištirti taksonomiškai ir evoliuciškai ypač sudėtingą atvejį – monograptidinių graptolitų iteracinę (atsikartojančios sandaros) evoliuciją.

Filogenetinė sistematika – algoritminis būdas rūšių tarpusavio sąryšiams nustatyti. Tai puikus metodas norint suprasti evoliucijos eigą, jei pats evoliucijos procesas dideliais laiko tarpais veikia gana tolygiai ir naujos nepriklausomai atsirandančios rūšys gana smarkiai skiriasi. Tačiau šios tolygumo ir sandaros unikalumo prielaidos dažniausiai nėra teisingos ir tuomet filogenetiniai metodai rodo klaidinančius rezultatus.

Pasitaiko atvejų, kai veikiant evoliucijai viena su kita nesusijusios rūšių grupės, patekusios į evoliuciškai panašias sąlygas, įgyja labai panašią (net molekuliniu lygiu) sandarą (konverguoja). Jei tokios sąlygos epizodiškai pasikartoja, paleontologai dažnai stebi faktiškai identiškų rūšių „spiečius“, kurie vieni su kitais filogenetiškai nesusiję. Jei tokie atskirų evoliucinių radiacijų atstovai įtraukiami į įprastinę filogenetinę analizę, gaunami visiškai neteisingi rezultatai. Dėl šios priežasties nemaža dalis paleontologų nenoriai naudojasi klasikinės filogenetinės analizės metodais.

Iliustracijoje – graptolitų iteracinė evoliucija.

Evoliucijai pažinti – specialūs metodai

Norėdamas išspręsti šią evoliucijos proceso pažinimo problemą, M. Whittinghamas pasinaudojo „stratokladistikos“ metodika, kuri papildo organizmų požymius laiko paplitimo požymiais – parodo, kokiose epochose gyveno viena ar kita rūšis. Teoriniais tyrimais nustatyta, kad ši metodika turėtų atkurti filogenijas daug tiksliau nei bet kurie kiti, laiko požymio neįtraukiantys metodai.

Vis dėlto „stratokladistikos“ metodika taip pat turi didelį trūkumą – joje naudojamas laiko požymis teoriškai gali būti skaidomas iki begalybės, taip nusveriant bet kokią organizmų lygmens panašumo informaciją. Laimei, tyrėjai surado būdą, kaip galima objektyviai šią problemą išspręsti. Naudodamiesi patikimumo teorijos matematiniais ir skaitiniais modeliais, jie įvertino graptolitų paleontologinio metraščio pilnumo laipsnį ir nustatė, kokio dydžio spragos tarp protėvių ir palikuonių yra tikėtinos ir kokios – neįmanomos. Šis metodas leidžia objektyviai sulyginti laikinio paplitimo ir morfologinės sandaros informaciją suminėje filogenetinėje optimizacijoje – protėvių, palikuonių ir seserinių kladų paieškoje.

Tyrimų rezultatai naudingi ir evoliucinės medicinos specialistams

Autorių nustatyti dėsningumai parodė, kad dauguma tirtų graptolitų išties išnyko Muldės masinio išmirimo metu prieš daugiau nei 428 milijonus metų, o iš vienos išlikusios rūšies iš naujo atsiradusios rūšys ne tik užpildė anksčiau buvusių rūšių vakansijas, bet ir smarkiai išplėtė šios grupės morfologinės sandaros ir ekologinio dominavimo ribas vos per kelis šimtus tūkstančių metų.

Tyrėjų pateiktos metodologinės inovacijos turėtų dominti ne tik makroevoliucija besidominčius paleontologus ir evoliucinės biologijos specialistus, bet ir epidemiologus ir evoliucinės medicinos specialistus. Kadangi mikroorganizmų (pvz., virusų) evoliucija dėl greitos organizmų kartų kaitos vyksta labai greitai, mokslininkai, tirdami pacientus, užkonservuoja ir ištiria virusų (ar bakterijų) mėginius iš skirtingų laikotarpių.

Ši tyrimų situacija tampa labai panaši į paleontologijos praktiką – atskiri bandiniai yra paimami dideliais intervalais, tarp jų yra nemaži laikotarpiai, o kaip šiais laikotarpiais iš tiesų vyko evoliucija, nežinoma. Todėl analogiškus „stratokladistikos“ ir panašius metodus vis dažniau naudoja evoliucinės medicinos ir epidemiologijos specialistai savo praktikoje nuspėdami žalingų mikroorganizmų, pavyzdžiui – vėžinių ląstelių, evoliucinių adaptacijų kelius.

Tyrimas buvo finansuotas Lietuvos mokslo tarybos projekto S-MIP-19-15 „Silūro periodo ekosistemų sąranga ir griūtis – bioįvairovės išlikimas ekstremalaus klimato sąlygomis“ lėšomis.