Sci - nature wiki

رؤى جديدة في الجدول الزمني لتطور الثدييات مع الأشجار التطورية المؤرخة بدقة

0
شجرة الحياة الثدييات

شجرة الحياة الثدييات. الائتمان: ماريو دوس ريس باروس وساندرا ألفاريز كاريتيرو

دراسة جديدة نشرت يوم 22 ديسمبر 2021 في المجلة طبيعة سجية، قدم الجدول الزمني الأكثر تفصيلاً لتطور الثدييات حتى الآن.

يصف البحث نهجًا حسابيًا جديدًا وسريعًا للحصول على أشجار تطورية مؤرخة بدقة ، تُعرف باسم “الجداول الزمنية”. استخدم المؤلفون طريقة جديدة لتحليل مجموعة بيانات جينومية للثدييات والإجابة على سؤال طويل الأمد حول ما إذا كانت مجموعات الثدييات المشيمية الحديثة نشأت قبل أو بعد طباشيري– الانقراض الجماعي للباليوجين (K-Pg) ، الذي قضى على أكثر من 70 في المائة من جميع الأنواع ، بما في ذلك جميع الديناصورات.

تؤكد النتائج أن أسلاف مجموعات الثدييات المشيمية الحديثة قد تأخروا عن انقراض K-Pg الذي حدث قبل 66 مليون سنة ، مما أدى إلى تسوية الجدل حول أصول الثدييات الحديثة. الثدييات المشيمية هي المجموعة الأكثر تنوعًا من الثدييات الحية ، وتشمل مجموعات مثل الرئيسيات ، والقوارض ، والحيتانيات ، وآكلات اللحوم ، والخفافيش (الخفافيش) وكذلك البشر.

قاد فريق البحث الدكتور ماريو دوس ريس (جامعة كوين ماري بلندن) والبروفيسور فيل دونوجيو (جامعة بريستول) ، وتضم علماء من كوين ماري ، جامعة بريستول ، UCL ، جامعة لندن الامبرياليهوجامعة كامبريدج.

تقول الدكتورة ساندرا ألفاريز-كاريتيرو ، المؤلفة الرئيسية للورقة البحثية من جامعة كاليفورنيا (ثم في كوين ماري): “من خلال دمج الجينوم الكامل في التحليل والمعلومات الأحفورية الضرورية ، تمكنا من تقليل حالات عدم اليقين والحصول على جدول زمني دقيق للتطور. هل تعايشت مجموعات الثدييات الحديثة مع الديناصورات ، أم أنها نشأت بعد الانقراض الجماعي؟ لدينا الآن إجابة محددة “.

ربما يكون الجدول الزمني لتطور الثدييات أحد أكثر الموضوعات إثارة للجدل في علم الأحياء التطوري. قدمت الدراسات المبكرة تقديرات نشأة لمجموعات المشيمة الحديثة في أعماق العصر الطباشيري ، في عصر الديناصورات. شهد العقدان الماضيان انتقال الدراسات ذهابًا وإيابًا بين سيناريوهات التنويع بعد مرحلة ما قبل K-Pg وما قبلها. جدولنا الزمني الدقيق يحل المشكلة “، يضيف البروفيسور دونوجيو ، مؤلف أول مشارك في البحث.

نهج سريع لتحليل الجينوم

مع إنتاج مشاريع التسلسل العالمية الآن من مئات إلى آلاف تسلسلات الجينوم ، ومع وجود خطط وشيكة لتسلسل أكثر من مليون نوع ، سيكون لدى علماء الأحياء التطورية قريبًا ثروة من المعلومات في أيديهم. ومع ذلك ، فإن الأساليب الحالية لتحليل مجموعات البيانات الجينومية الهائلة المتاحة وإنشاء جداول زمنية تطورية غير فعالة ومكلفة من الناحية الحسابية.

“استنتاج الجداول الزمنية التطورية هو هدف أساسي لعلم الأحياء. ومع ذلك ، تعتمد أحدث الأساليب على استخدام أجهزة الكمبيوتر لمحاكاة الجداول الزمنية التطورية وتقييم أكثرها منطقية. في حالتنا ، كان هذا صعبًا بسبب مجموعة البيانات الضخمة التي تم تحليلها ، والتي تتضمن بيانات وراثية من ما يقرب من 5000 نوع من الثدييات و 72 جينومًا كاملاً ، “يقول الدكتور دوس ريس.

في هذه الدراسة ، طور الباحثون طريقة بايز جديدة وسريعة لتحليل أعداد كبيرة من تسلسل الجينوم ، مع مراعاة حالات عدم اليقين داخل البيانات. “لقد حللنا العقبات الحسابية عن طريق تقسيم التحليل إلى خطوات فرعية: أولاً محاكاة الجداول الزمنية باستخدام 72 جينومًا ثم استخدام النتائج لتوجيه عمليات المحاكاة على الأنواع المتبقية. يقول الدكتور دوس ريس إن استخدام الجينومات يقلل من عدم اليقين لأنه يسمح برفض الجداول الزمنية غير المعقولة من عمليات المحاكاة.

“حصل خط معالجة البيانات لدينا على أكبر قدر ممكن من البيانات الجينية لأكبر عدد ممكن من أنواع الثدييات. كان هذا يمثل تحديًا لأن قواعد البيانات الجينية تحتوي على معلومات غير دقيقة وكان علينا تطوير استراتيجية لتحديد العينات ذات الجودة الرديئة أو البيانات ذات العلامات الخاطئة التي يجب إزالتها “، يضيف الدكتور آصف تاموري ، المؤلف الرئيسي المشارك للورقة البحثية من UCL ، والذي كان مسؤولاً عن تجميع مجموعة البيانات الجينومية للثدييات.

أكثر كفاءة واستدامة

باستخدام نهجهم الجديد ، تمكن الفريق من تقليل الوقت الحسابي لهذا التحليل المعقد من عقود إلى شهور. “إذا حاولنا تحليل مجموعة بيانات الثدييات الكبيرة هذه في كمبيوتر عملاق دون استخدام طريقة Bayesian التي طورناها ، لكان علينا الانتظار عقودًا لاستنتاج الجدول الزمني للثدييات. فقط تخيل كم من الوقت يمكن أن يستغرقه هذا التحليل إذا أردنا استخدام أجهزة الكمبيوتر الخاصة بنا ، “كما تقول الدكتورة ألفاريز-كاريتيرو. “بالإضافة إلى ذلك ، تمكنا من تقليل وقت الحساب بمقدار 100 مرة. هذا النهج الجديد لا يسمح فقط بتحليل مجموعات البيانات الجينومية ، ولكن أيضًا ، من خلال كونه أكثر كفاءة ، يقلل بشكل كبير من ثاني أكسيد الكربون2 الانبعاثات المنبعثة بسبب الحوسبة “، تستمر الدكتورة ألفاريز-كاريتيرو.

يمكن استخدام الطريقة التي تم تطويرها في الدراسة لمعالجة الجداول الزمنية التطورية الأخرى المثيرة للجدل والتي تتطلب تحليل مجموعات البيانات الكبيرة. بدمج نهج بايزي الجديد مع الجينومات القادمة من مشروع شجرة داروين للحياة و Earth BioGenome ، فإن فكرة تقدير مقياس زمني تطوري موثوق لشجرة الحياة تبدو الآن في متناول اليد.

المرجع: “جدول زمني على مستوى الأنواع لتطور الثدييات دمج البيانات التطورية” بقلم ساندرا ألفاريز-كاريتيرو ، آصف يو تاموري ، ماتيو باتيني ، فابريسيا ف.ناسيمنتو ، إميلي كارلايل ، روبرت جيه. دوس ريس ، 22 ديسمبر 2021 ، طبيعة سجية.
DOI: 10.1038 / s41586-021-04341-1

Leave A Reply

Your email address will not be published.