Вчера журнал Science опубликовал без преувеличения революционное исследование, благодаря которому, вероятно, придется кое-что подправить в учебниках биологии.
Ученые из США, Китая, Бразилии и Аргентины (в общей сложности почти двадцать человек) реконструировали облик общего предка плацентарных млекопитающих, а также выяснили детали эволюции млекопитающих. Все это стало возможно благодаря новому виду исследовательской работы, в котором классическая описательная биология наконец слилась с генетикой, а на смену закрытым университетским библиотекам и коллекциям пришла онлайновая база данных, доступная каждому, у кого есть выход в интернет.

Сразу оговоримся, что речь идет о плацентарных или «высших» зверях, то есть почти всех, которых мы знаем. Из ныне живущих млекопитающих только сумчатые (вроде кенгуру) и одноходовые (вроде утконоса и ехидны) не относятся к плацентарным, все прочие, от мышей до китов, а также мы с вами относимся к этой когорте. Первые примитивные млекопитающие появились на Земле около 166 миллионов лет назад, а высшие, как теперь удалось выяснить, лишь 100 миллионов лет спустя, причем некоторые из них вовсе не там, где эволюционные биологи раньше предполагали.

Пока что в естественной истории насчитывается пять великих массовых вымираний, последнее из которых произошло около 65 миллионов лет назад. Тогда погибли, например, динозавры и вообще около 70 процентов видов всего живого. До сих пор нет единого мнения, почему это произошло (самые популярные версии – падение гигантского астероида, извержение вулкана и, в результате, резкое изменение климата). Также существует несколько версий насчет того, когда появились высшие звери – до этого вымирания, во время или после.

Согласно схеме эволюции – «дереву жизни», построенному сейчас исследователями, плацентарные млекопитающие возникли вскоре после великого исчезновения видов на рубеже мелового периода и палеогена, примерно 200–400 тысяч лет спустя (что для эволюции как пара месяцев для человеческой жизни). Это на 36 миллионов лет позже, чем предполагалось ранее.

«Наш анализ показывает, что плацентарные млекопитающие появились позже, чем многие предполагали, – объяснила мне по телефону Морин О’Лири, руководитель исследования, доцент кафедры анатомии в медицинской школе Stony Brook University и научный сотрудник Американского музея естественной истории. – Существуют предположения, что динозавры делили землю с млекопитающими, которых мы знаем, однако по нашим данным получается, что плацентарные звери появились вскоре после исчезновения динозавров, причем все плацентарные произошли от одного общего предка – небольшого шустрого насекомоядного зверька».

Чтобы восстанавливать ход событий естественной истории и понимать, кто от кого произошел, ученые до сих пор использовали два не связанных друг с другом подхода: сопоставляли и сравнивали либо строение и физиологию (фенотип), либо генетические коды животных. У каждого подхода есть свои недостатки: найденных на сегодняшний день ископаемых останков вымерших животных не хватает для того, чтобы восстановить полную и подробную историю, а в оценках по ДНК иногда погрешность составляет десятки миллионов лет. Так, например, по одним расчетам, основанным на анализе ДНК, выходило, что высшие звери появились за миллионы лет до великого мел-палеогенового вымирания.


Уникальность многолетней международной работы, результаты которой сегодня представили публике, состоит в том, что в ней совмещаются генетический и анатомический подходы для изучения высших зверей. В результате ученые получают более точную и подробную картину эволюции.

Собственно, дерево жизни на практике выглядит как огромная таблица, в которой по горизонтали расставлены современные и вымершие животные, а по вертикали – все известные их характеристики, генетические и анатомические. Затем, в уже построенном дереве ученые использовали только сравнительную анатомию вымерших и современных зверей, чтобы разработать модель общего предка плацентарных млекопитающих. В этой таблице видно, какие черты оставались неизменными на протяжении миллионов лет у всех млекопитающих, а какие появились впервые в разные моменты времени.

Так было установлено, что общий наш предок обладал, например, двурогой маткой, головным мозгом с извилинами и плацентой, через которую плод получает питание и выводит продукты жизнедеятельности. Словом, все те ключевые черты, которые есть у современных плацентарных, были у этого насекомоядного зверька. Пока ученые никак его не назвали, но доктор О’Лири говорит, что вопрос открытый и, может, вскоре имя появится.

«На Земле обитает около 5100 видов плацентарных млекопитающих, которые демонстрируют гигантское разнообразие размеров, способов передвижения и объемов мозга, – говорит Нэнси Симмонс, соавтор работы, в интервью журналистам. – Учитывая это, особенно интересно было узнать, когда эта группа животных впервые начала развиваться».

Еще одно революционное открытие состоит в том, что, вероятно, плацентарные звери появились гораздо позже того момента, когда суперконтинент Гондвана, в который входили все современные материки южного полушария, разделился на части.

«Если говорить о том, как наше исследование может изменить тексты учебников – оно, вероятно, повлияет на теорию расхождения материков, – сказала доктор О’Лири. – До сих пор многие считают, что именно разделение материков могло дать толчок появлению таких разных, непохожих друг на друга млекопитающих, все это великое разнообразие, от мышей до китов. Наше исследование показывает, что это не так. На самом деле всплеск звериного видового многообразия произошел, когда все материки были приблизительно на тех местах, которые они занимают сегодня на географических картах. И конечно, то, что мы смогли не просто художественно додумать, а научно воссоздать образ предка современных зверей, думаю, это тоже может стать темой для обсуждения в университетах».

И в довершение всего, исследование показало, что африканские звери на самом деле появились не в Африке, а где-то на американских континентах. Как их занесло в Африку – это важный вопрос к филофеномическому дереву, которое ученые сконструировали, сказал Фернандо Перини, соавтор исследования, работающий в федеральном бразильском университете Минас Гериас. Пока ответа на него у авторов нет.

Сделать все эти открытия ученые смогли благодаря MorphoBank – открытой базе данных, организованной Национальным научным фондом. На данный момент она содержит описание 86 видов млекопитающих и 40 ископаемых остатков. В ней любой интересующийся может обнаружить информацию про крылья, ноги и хвосты, в общей сложности более 4500 характеристик ныне живущих и давно вымерших животных. Там же хранится 12 тысяч фотографий всего этого богатства.

Обычно даже самые солидные базы данных больших палеонтологических факультетов насчитывают несколько сотен объектов (то есть единиц информации об ископаемых животных). Здесь речь идет о тысячах. И этот новый масштаб, безусловно, и стал залогом успеха. Так сложилось, что базы данных генетических кодов появились раньше, чем подобные базы данных анатомического описания животных и ископаемых. В этой работе авторы не только использовали на порядок больше описательного анатомического материала, но также дополнили его генетическими данными.

Пока что MorphoBank – это сеть, создаваемая профессионалами, однако вполне вероятно, что в обозримом будущем ее полностью откроют, тогда ее смогут не только просматривать, но и дополнять люди по всему миру, причем не только ученые, но и любители, интересующиеся палеонтологией. Это открывает колоссальные перспективы. «Я думаю, это следующий шаг», – говорит доктор О’Лири.

Даже не знаю, что здесь производит большее впечатление: революционное открытие из области нашего общего прошлого или революционный научный подход, который явно относится к будущему науки.