Veiksniai nulėmę išgyvenamumą per Kreidos - Paleogeno masinį išmirimą [3 PNAS straipsniai]

28 views
Skip to first unread message

Andrej S

unread,
Apr 9, 2009, 4:22:30 PM4/9/09
to G-mokslai
   Ilgą laiką vyksta aktyvios diskusijos apie tai kokie veiksniai nulemia išgyvenamumą masinių išmirimų metu? Ar išvys masiniai išmirimai yra selektyvus savo aukoms ar išžūdimas vyksta atsitiktinai, nepriklausomai nuo organizmų grupių parametrų?  Kaip rodo ankstesni tyrimai, didelę įtaką išgyvenamumui turėjo organizmų kūno dydis (kuo mažesni organizmai, tuo didesnė išgyvenimo tikimybė) o taip pat organizmų geografinio paplitimo laipsnis (kuo labiau paplitę, tuo didesnė išgyvenimo tikimybė).
Galia (mažame) dydyje... ir žemame trofiniame lygyje?:
   Viename iš naujų tyrimų, pateiktame Amerikos mokslų akademijos žurnale - "PNAS", kalbama apie kaulėtųjų žuvų ekomorfologinių požymių sąsajas su išgyvenimo tikimybe, kreidos periodo pabaigos išmirimo metu (dar žinomas kaip K/T arba K/Pg įvykis). Kaulėtosios žuvys evoliuciškai svarbios tuo, kad jos yra dominuojantys vandens stuburiniai paskutinių dviejų erų metu (Mezo- ir kainozojaus) ir iki šiol yra viena iš pagrindinių vandenynų ir jūrų ekosistemų komponenčių. Šios lyginamosios analizės metu - autorius Matt Friedman, iš Čikagos universiteto, kaip požymius lyginimui naudojo žuvų kūno dydį (koreliuojasi su daugeliu ekologijos ir gyvenimo istorijos parametrų) ir žandikaulių užvėrimo mechaninio pranašumo indeksą, kuris leidžia gan tiksliai numatyti organizmo trofinį lygmenį ekosistemoje. Visa analizė buvo vykdoma pasitelkus filogenetinį rėmelį, kuris leido numatyti analizuojamų organizmų grupių santykinį giminingumą bei numatyti kokios grupės neaptiktos šalia masinio išmirimo ribos, tačiau remiantis rekonstrukcija, turėjo egzistuoti.
  Kaip parodė permutacijos testas filogenetiniame medyje, - išmirimas, kaulėtųjų žuvų atžvilgiu, nebuvo atsitiktinis (kai kurios jų filogenetinio medžio atšakos patyrė didesnį išmirimą, nei galima būtu tikėtis, jei jis smogtu atsitiktinai). Ir ši išvada yra tvirta netgi duomenų kintamumo atžvilgiu, bei priimant skirtingus evoliucijos modelius (gradualų arba pertrauktą). Išmirimo aukos koncentruojasi kairiajame viršutiniame kūno dydžio/mechaninio pranašumo indekso grafike (prisegtas failas - kuno_dydis_vs_Uzsiverimo_Indeksas). O tai reiškia kad išmirė pagrindę, stambios ir plėšrios žuvis su siauresniais žandikauliais, ir dažnai turinčios stambius iltinius dantis - pritaikytus gaudyti greitą grobį (prisegtas failas - Ismirimo_auku_zandikauliai). Jeigu imamas taksonominis priėjimas, kai kiekvienas taksonas priimamas kaip vienetinis, tuomet stipresnis išmirimo apybrėžėjas (veiksnys) yra kūno dydis. Tačiau, jeigu pasitelkiamas filogenetinis lyginamasis metodas, tuomet - žandikaulių pranašumo indeksas. Kaip manoma, tai yra susiję su tuo kad dauguma didelį kūną turinčių aukų klasterizuojasi keliuose filogenetinio medžio atšakose (Ichthyodectiformes, Aulopiformes).
    Kaip rodo tyrimai, šitoks kitimas nėra paleontologinio metraščio artefaktas, nes dauguma stambių aukų liekanų randama ir ankstesnėse nuogulose, beveik nepertraukiamai nuo pirmo jų pasirodymo o kai kurių šiuolaikinių mažo dydžio ir išsisaugojimo paleontologiniame metraštyje potencialo grupių įtraukimas į analizę (pagal filogenetinę analizę, jos turėjo egzistuoti kreidos periode) tiktai dar paaštrintu matomą išmirimo pobūdį. Kai didžioji dalis išmirimu koncentruojasi ties aukščiausio trofinio lygio plėšrūnais. Po šio išmirimo, giliavandenėse nuogulose sumažėjo žuvų dantų akumuliacijos greičiai, kas nurodo į pažeistą ir ilgą laiką neatsistačiusią pasaulinę ekosistemą (praėjo keletas milijonų metų kol ji visiškai atsistatė). Po keliolikos milijonų metų, mezozojinių aukščiausio lygio trofinių plėšrūnų vietą užėmė naujos grupės, kurios paleocene ir eocene patyrė greitą adaptacinę radiaciją - tai kardžuvės, barakudos, tunai ir kiti jiems giminingi (šios žuvis priklauso skirtingoms žuvų filogenetinio medžio atšakoms, taigi makro-plėšrumą jos išvystė nepriklausomai). Ši analizė rodo kad išmirimai paveikė vandenynų ekosistemą nuo apačios "bottom-up", t. y. išnykus pirminei produkcijai, labiausiai nukentėjo stambus plėšrūnai, kurie dėl savo mažo populiacijos dydžio turi mažą atsistatymo potencialą. Kaip mini pats autorius, šiuo metu stambios plėšrios pelaginės žuvis, tokios kaip kardžuvės arba tunai irgi patyria stiprų populiacijų mažėjimą, dėl žmogaus sukelto per-eksploatavimo. Nors K/Pg masinio išmirimo ir šiuolaikinio biologinės įvairovės nykimo priežastis yra skirtingos, tačiau, kaip matoma, nukenčia ekologiškai labai panašios aukos.

Jų budavo ir mažų... tačiau nepakankamai:
   Viename naujausių "PNAS" numerių, aprašytas įdomus smulkaus dinozauro radinys iš kreidos periodo pabaigos, Albertos provincijos Kanadoje. Dauguma iki tol šioje vietovėje rastų dinozaurų buvo ganėtinai stambus. Jeigu imti plėšrūnus, tai mažiausias iki tol rastas buvo apie 10 kg svorio (tuo tarpu didžiausi tiranozauridai (Gorgosaurus ir Tyrannosaurus protėvis - Daspletosaurus) svėrė keletą tonų) (prisegtas failas - Albertos_Dinozauru_Parko_Plesriuju_Dinozauru_Dydziai ). Naujas dinozauras pavadintas Hesperonychus elisabethae, kas reikštu - "vakarų nagas" pavadintas Elizabeth Nicholls garbei. Šis dinozauras priklauso mažų nepaukštiškų plunksnuotų driežadubenių plėšriųjų dinozaurų grupei, vadinamai Mikroraptorinais. Jie taip pavadinti, dėl to kad pirmas aprašytas šios grupės atstovas priklauso Microraptor genčiai (žymusis "ketursparnis" dinozauras). Šio dinozauro artimiausi giminaičiai gyveno Kinijos teritorijoje 40 mln. metų anksčiau. Taigi, šios fosilijos užpildo 40 mln. metų laikinę spragą. Šis dinozauras, kaip jau ir minėtas, priklausė smulkių plėšrių dinozaurų grupei. Beje, jis pagal apskaičiavimus buvo viso labo apie 1,9 kg svorio (kaip pusė naminės katės). Tačiau jis vis tiek buvo daug didesnis nei didžiausias tuo metu egzistavęs žinduolis Eodelphis (gr. "pirmasis oposumas"), kuris svėrė apie 0,6 kg.
    Taip išeitu kad dinozaurų, pagal kūno dydį pačioje kreidos periodo pabaigoje buvo labai įvairus, tačiau net ir mažiausi iš jų buvo didesni nei žinduoliai. O tai reiškia kad jų populiacijos santykinai žinduolių, buvo mažesnės. Tai savo ruožtu padidina jų išmirimo tikimybę, įvykus katastrofiniams įvykiams. Aišku ne visi dinozaurai, jeigu paimti filogenetiškai, išmirė. Didelė jų atšaka, kurią mes vadiname paukščiais išgyveno, ir klesti šiuo metu labiau nei bet kada iki tol. Gal būt paukščių išgyvenamumas buvo nulemtas irgi dydžio, nes paukščiai (bent jau mezozojiniai) buvo mažiausi dinozaurai.

Du genomai geriau nei vienas (bent jau išmirimo metu bei postapokaliptiniame pasaulyje):

   Žiedinių augalų genomų tyrimai parodė, kad jie evoliucijos bėgyje patirdavo dažnas duplikacijas. Kaip manoma, tas įvykdavo ne vieną kartą atskirose filogenetinėse linijose. Pvz. dažnas genetikų eksperimentinis augalas - Arabidopsis thaliana patyrė, pagal skirtingus šaltinius 3 arba 4 pakartotines duplikacijas. Taigi, veikiausiai dauguma augalų genų yra tiktai pakitusios ankstesnių genų kopijos. Įdomu kaip ir kodėl šis reiškinys vyksta? Kaip manoma pirmosios genomo duplikacijos įvyko dar ankstyvosiose žiedinių augalų evoliucijos stadijose (veikiausiai ankstyvojoje kreidoje, prieš kokius 110 mln. metų ir juroje - prieš 150 mln. metų). Tuo tarpu daugumoje nusekvenuotų augalų rūšių aptikti ir daug jaunesnės duplikacijos požymiai.
  Autoriai atliko genų paralogų lyginamąja analizę, norėdami sužinoti nukleininių rūgščių pakitimų kiekius duplikuotuose genuose, kad po to naudodami kalibruotą evoliucijos modelį, pagal molekulinio laikrodžio metodologiją, galėtu nustatyti viso genomo duplikacijos momentus nagrinėjamose grupėse. Kaip parodė analizė - daugumoje filogenetinių linijų, lygiagreti genomo duplikacija įvyko prieš ~ 57–70 mln. metų (prisegtas failas - Genu paralogu duplikacijos daznis priklausomai nuo laiko ). Įdomu yra tai kad šis viso genomo duplikacijos įvykis yra sinchroniškas daugelyje grupių, kas nurodo į bendras varomąsias šio įvykio priežastys. Būtent tuo metu įvyko paskutinis iš didžiųjų masinių išmirimų - Kreidos - Paleogeno (arba dar vadinamas Kreidos - Terciaro) masinis išmirimas. Remiantis paleobotaniniais duomenimis, jo metu išmirė apie 60 % augalų rūšių (bei dar daugiau kitų organizmų grupių). Greit po to įvykio susiklosčiusiose nuogulose randamos gausios grybų sporos, kurios liudija apie tai kad veikiausiai "asteroidinės žiemos" metu žemėje dominavo heterotrofai detritofagai, ir augalija buvo smarkiai pažeista.
   Susiejimas lygiagretaus daugelio filogenetinių linijų genomo duplikacijos įvykio su masinių išmirimu, iškart iškelia klausymą - kaip genomo duplikacija padėjo išgyventi augalams? Kaip rodo kai kurie anksčiau atlikti tyrimai, augalų poliploidizacija nulemia didesnę augalų tolerancija platesniam aplinkos sąlygų spektrui. Labai dažnai invaziniais augalais būna poliploidai arba augalai hibridai su nediploidiniu chromosomų rinkiniu. Papildomos genų kopijos leidžia atsirasti naujoms genų versijoms (aleliams) o vėliau ir naujiems genams, taip didinant augalų polimorfizmą. Dar vienas veiksnys nulemiantis polipoidų padidintą kintamumą - tai genų ekspresijos nestabilumas. Poliplidiškumas veikiausiai turėjo stiprią įtaką poišmiriminiame pasaulyje, kai atsivėrė daugelis naujų nišų, o papildomas kintamumas, tuo laikotarpiu buvo pliuse.
   Tačiau, kaip pažymi autoriai - evoliuciškai išliko tiktai nedaug genomo duplikacijos atvėjų (jie nėra dažni filogenetiniame medyje), per visą augalų istoriją ir klasterizuojasi tik ties tam tikrais nepaprastais aplinkos sąlygų pasikeitimo laikotarpiais. Veikiausiai, poliplodiniai augalai turi pranašumą prieš diploidinius tiktai išimtinėm sąlygom, o paprastai jie veikiausiai yra nukonkuruojami. Nes pvz. tas pats genų ekspresijos nestabilumas turi ir neigiamų poveikių - tokių kaip sumažėjęs vidutinis individų išgyvenamumas (daugiau variacijų, tačiau daugiau ir žalingų klaidų). Taip pat manoma kad dėl antropogeninio poveikio atsirandantys poliploidai nebus ilgaamžiai evoliuciniais laiko masteliais (aišku jeigu žmogaus veikla neprives prie masinio išmirimo - tuomet kas žino).

Nuorodos:

 Matt Friedman, "Ecomorphological selectivity among marine teleost fishes during the end-Cretaceous extinction" - straipsnis "PNAS" žurnale apie kaulėtųjų žuvų ekomorfologinių parametrų įtaką išgyvenamumui K/Pg masinio išmirimo metu.
Study unravels why certain fishes went extinct 65 million years ago - Straipsnis Čikagos universiteto svetainėje, apie kaulėtųjų žuvų išmirimo selektyvumo tyrimus K/Pg riboje.
  Nicholas R. Longricha, and Philip J. Currie "A microraptorine (Dinosauria–Dromaeosauridae) from the Late Cretaceous of North America" - Straipsnis "PNAS" žurnale, apie vieno iš mažiausių plunksnuotų plėšriųjų dinozaurų radimą Albertoje, Kreidos periodo pabaigos kloduose.
 Jeffrey A. Fawcetta, Steven Maerea, and Yves Van de Peer "Plants with double genomes might have had a better chance to survive the Cretaceous–Tertiary extinction event" - Straipsnis "PNAS" žurnale apie augalų poliploidijos įtaką išgyvenamumui per K/Pg masinį išmirimą.

G-moksluose:

K-Pg masinio išmirimo (prieš 65 mln. m.) aidas atsispindi šiuolaikinės biotos biogeografijoje

Darvinas 200 [Raudonoji Karalienė ar Rūmų Juokdarys? Kokios yra evoliucijos priežastys?]

--
AS
Kuno_dydis_vs_Uzsiverimo_Indeksas.JPG
Ismirimo_auku_zandikauliai.JPG
Albertos_Dinozauru_Parko_Plesriuju_Dinozauru_Dydziai.JPG
Genu paralogu duplikacijos daznis priklausomai nuo laiko.JPG
Genomo duplikacijos ivykiai laiko atzvilgiu ziediniu augalu filogenetiniame medyje.JPG
Reply all
Reply to author
Forward
0 new messages