Панцирные щуки оказались настоящими живыми ископаемыми

Скорость изменений в ДНК панцирниковых рыб говорит о том, что их эволюция практически стоит на месте.

Живыми ископаемыми называют те виды, которые мало изменились за миллионы лет эволюции. Самое известное живое ископаемое – это латимерия, но вообще есть и другие: осетровые и панцирниковые рыбы, мечехвосты, птица гоацин и т. д. У них обычно есть какие-то на редкость примитивные особенности строения, которые выдают их древность и которые у других живых существ той же группы давно исчезли. Ещё живых ископаемых сравнивают с палеонтологическими остатками древних существ: среди таких остатков встречаются формы, очень похожие на современные.

Но на самом деле очень трудно с уверенностью сказать, что живое ископаемое – действительно ископаемое, то есть оно действительно древнее или просто похоже на что-то очень древнее. Речь в данном случае о том, в каком темпе шла эволюция этих конкретных видов, или как сильно менялась их ДНК. Ведь может быть так, что какие-то древние признаки остались древними, но в остальном вид менялся быстро. Просто его изменения видны на молекулярном уровне.

Для того, чтобы оценить изменчивость по ДНК, не обязательно искать её в древних костях. (И вряд ли это возможно: хотя сейчас читают ДНК возрастом 1–2 млн лет, если говорить о живых ископаемых вроде латимерий или мечехвостов, то там счёт идёт на сотни миллионов лет, и едва ли кто-то найдёт в таких старых костях хоть какую-то ДНК.) Тут вполне достаточно современных видов. Геном живых ископаемых можно сравнить с геномом других существ той же группы, только выглядящих не так примитивно. Более того, некоторые из живых ископаемых сами до сих пор существуют в нескольких видах: например, у мечехвостов есть целых четыре современных вида. Когда-то давно они произошли от общего предка и стали накапливать собственные отличия в ДНК. Сравнив отличия в разных видах одного и того же живого ископаемого, можно понять, с какой скоростью они менялись. Если ДНК окажутся сильно схожими, то эволюция здесь шла медленно, и оба вида живого ископаемого действительно мало изменились с прошлых времён.

Именно такую работу проделали сотрудники Йельского университета вместе с коллегами из других научных центров США и Китая. Они сравнивали геномы 478 видов позвоночных животных, среди которых были и всевозможные живые ископаемые. Точнее, исследователи сравнивали не геномы целиком, а только кодирующие области геномов, те, которые несут информацию о белках – изменения в кодирующих областях более чувствительны с точки зрения естественного отбора, так что и скорость эволюции лучше оценивать по ним. Скорость изменений рассчитывали на одно азотистое основание за миллион лет. Как известно, букварь генетического кода – это четыре азотистых основания, А, Т, G и С. Один из типов мутаций – замещение одного основания одним, и именно такие замещение использовались для расчётов. Естественно, некоторые основания за всё время эволюции вида не менялись, какие-то, может быть, менялись часто, но для оценки всех копирующих областей в целом все изменения достаточно было взять среднюю величину по всем основаниям.

Если сравнивать по этому показателю современных млекопитающих, то окажется, что их ДНК меняется со скоростью 0,02 мутации-замещения за миллион лет. У амфибий изменения идут медленнее – 0,007 мутаций за миллион лет. У живых ископаемых – латимерий, химер, гоацинов и большинства других – 0,0005 мутаций за миллион лет. Это медленнее, чем у современных амфибий, однако здесь всё равно нельзя сказать, что их эволюция стоит на месте. Они меняются, и живыми ископаемыми их можно называть с определённой долей условности: они не такие же, какими были миллионы лет назад, просто очень похожи.

Пятнистые панцирные щуки (Lepisosteus oculatus). Характерные особенности всех панцирниковых – толстая ромбовидная чешуя, длинное рыло, плавательный пузырь, который может работать как лёгкое и благодаря которому панцирники способны дышать атмосферным воздухом и потому способны жить в стоячей и тёплой воде с низким содержанием кислорода. Фото: Raimond Spekking / Wikipedia

Тем не менее, как говорится в статье в Evolution, есть на свете истинные живые ископаемые – это панцирники, или панцирные щуки. У них ДНК меняется со скоростью 0,00009 мутаций за миллион лет. Авторы объясняют столь исключительное постоянство генома чрезвычайной эффективностью ДНК-репарирующих систем: молекулы, которые должны следить за мутациями, работают у панцирников как-то необычайно хорошо. Впрочем, пока это только догадка, и другие исследователи полагают, что одной только точностью ДНК-репарации не обойтись – у панцирников должны работать ещё какие-то механизмы, сохраняющие геном в веках, от физиологических до молекулярных.

Медленная скорость изменений в ДНК означает, что разные виды и роды панцирников генетически весьма близки и могли бы давать плодовитые гибриды. Так и есть: исследователи обнаружили, что два рода панцирниковых, Lepisosteus (то есть панцирные щуки) и Atractosteus (собственно панцирники) дают плодовитое потомство, хотя эволюционно оба рода разошлись около 105 млн лет назад. Среди животных, более того, среди эукариот, нет другого такого примера, когда родственные виды, которые разошлись в эволюции столь давно, могли бы эффективно скрещиваться друг с другом. Предыдущий рекорд в этом смысле принадлежал двум папоротникам, которые оформились в отдельные виды около 60 млн лет назад. (Есть, конечно, примеры, когда веслоносы давали потомство с осетровыми – а они разбежались в эволюции друг от друга ещё раньше, чем роды панцирников, – но их потомство стерильно.)

Возникает вопрос, почему в таком случае мы говорим о разных родах и видах панцирниковых рыб, если они почти не меняются. Однако «почти не меняются» не означает «вообще не меняются», здесь речь идёт об изменениях относительно других групп животных. У разных видов панцирников всё-таки накопилось достаточно собственных особенностей, чтобы можно было выделить разные роды и виды. Можно ещё напомнить, что изменения панцирников оценивали только по одному виду мутаций и только в кодирующих областях ДНК. Если иметь в виду только этот параметр, то панцирники действительно окажутся едва ли не единственными истинными живыми ископаемыми. Но это не значит, что та же латимерия вдруг начинает выглядеть остросовременно: она по-прежнему остаётся похожей на древних лопастепёрых рыб, пусть даже её ДНК меняется быстрее, чем можно было предполагать. Кроме того, исследователи изучали живых ископаемых только среди позвоночных. Возможно, что среди беспозвоночных животных или, к примеру, растений есть живые ископаемые, которые могут оспорить панцирниковый рекорд эволюционного постоянства.