Megrajzolták a legősibb ősünket

Egy nemzetközi kutatócsoport a világ legnagyobb adatbázisának a felhasználásával rekonstruálta a méhlepényesek közös ősét. Munkájuk során mind genetikai, mind fizikai tulajdonságokat figyelembe vettek. A feladat nem volt egyszerű, hiszen rendkívül változatos csoportról van szó, melyben a rágcsálóktól a bálnákon keresztül egészen az emberig terjed a spektrum.

A Science legújabb számában megjelenő tanulmányban a kutatók kifejtik, hogy az eddig általánosan elfogadott elképzelésekkel szemben a méhlepényes emlősök mégsem fejlődtek ki a földtörténeti középidőben, és még nem alakultak ki a máig futó evolúciós vonalaik. Ez csak 65 millió évvel ezelőtt következett be, miután a kréta-végi tömeges kihalás eltüntette a színről a dinoszauruszokat és az összes létező fajnak körülbelül a 70 százalékát. Az első rágcsáló- és főemlősfajok tehát nem éltek együtt a dinoszauruszokkal, hanem egy kisméretű, szökellve ugráló rovarevő közös ősből alakultak ki, nem sokkal a dinoszauruszok kipusztulása után.

A kutatók leírása alapján a festőművész így rekonstruálta a hipotetikus méhlepényes őst, egy kisméretű, rovarevő állat formájában Carl Buell

A szakemberek két különböző adattípussal dolgoztak az evolúciós törzsfa építése során: a megfigyelhető tulajdonságokkal (mint például az anatómia és a viselkedés), valamint a DNS által kódolt genetikai adatokkal. A kutatók egy része amellett érvelt, hogy a két adathalmaz integrációja szükséges a robusztus törzsfa építéséhez, mert ha csak az egyik adattípust veszik figyelembe, akkor nagyon jelentős információkat hagynak figyelmen kívül. A méhlepényes emlősök evolúciós történetét például korábban nagyon eltérő módon értelmezték a vizsgált adatoktól függően. A genetikai adatokon alapuló tanulmányok arra az eredményre jutottak, hogy számos méhlepényes evolúciós vonal létezett már a késő-krétában, amely aztán túlélte a kréta-végi kihalást. Más vizsgálatok ennek a határnak a közelébe helyezték a méhlepényesek kialakulásának kezdeteit, míg egy harmadik elképzelés követői csak a kihalás utánra tették a megjelenésüket.

Több mint 5100 ma is élő méhlepényes emlőst ismerünk, amelyek elképesztő változatosságot mutatnak, jelentősen változó testméretekkel, mozgási képességgel vagy akár agymérettel. Ezt látva különösen érdekes megtudni, hogy mikor és hogyan kezdődött kifejlődni ez az evolúciós ág, és aztán hogyan vált ennyire változatossá. A tanulmány kombinálta a két adathalmaz vizsgálatát, hogy minél teljesebb képet kapjanak a csoportról. Annak ellenére, hogy a DNS szekvencia adatok milyen jelentősen hozzájárulnak a fajok rokonságának a megállapításához, jelen esetben mégis a szabad szemmel megfigyelhető adatok játszották a főszerepet a törzsfa rekonstrukciója során. A morfológiai adatok ugyanis olyan tulajdonságokat tesznek kézzelfoghatóvá a fosszilizálódott ősmaradványok tanulmányozása révén, amelyeknél a DNS-vizsgálat egyáltalán nem járható út. Az emlősök ősmaradványanyaga jelentősen gazdagodott az elmúlt évtizedekben felfedezett, jó megtartású leletek révén, és nehezen lenne elképzelhető egy evolúciós törzsfa felállítása azoknak a direkt bizonyítékoknak a felhasználása nélkül, amelyeket ezek a maradványok biztosítanak.

Az új eredmények szerint a méhlepényes emlősök gyorsan jelentek meg a kréta-végi kihalás után: közös ősük mintegy 200-400 ezer évvel a kihalási esemény után jelent meg. Ez a vizsgálat körülbelül 36 millió évvel későbbi időpontot jelez, mint amikor tisztán genetikai adatokkal dolgoztak a kutatók. Az új eredmény ellentmond a szintén genetikai alapokon kidolgozott "kréta időszaki szárazföldi forradalom" modellnek is, amely amellett érvelt, hogy a méhlepényes emlősök fajképződésének a lendítőereje a Gondwana szuperkontinens széttöredezése volt a jura és a kréta időszakban, sok millió évvel a kréta-végi kihalás előtt. Az új adatok szerint a Gondwana szétesése jóval a méhlepényesek megjelenése előtt következett be, és így a két esemény egymástól teljesen független volt.

A cickány-méretű kréta időszaki emlősállat, az Ukhaatherium nessovi maradványait 1994-ben fedezték fel a Góbi-sivatagban a Mongol Tudományos Akadémia és az Amerikai Természettudományi Múzeum szakemberei. Ez egyike azoknak a fajoknak, amelyeket felhasználtak az emlősök törzsfájának a megrajzolásához. Amikor annak idején felfedezték, a paleontológusok meglepődve vették észre, hogy a nagyon jó megtartású csontváz olyan csontokat is tartalmazott, amelyek ma csak az erszényeseknél és a tojásrakó kacsacsőrű emlősöknél fordulnak elő. Ezek jelenléte az Ukhaatheriumnál azt bizonyította, hogy a mai méhlepényes emlősöknek egy sok millió évvel ezelőtt élt, közeli rokona is rendelkezett ezekkel AMNH/S. Goldberg, M. Novacek

A kutatók felhasználták a MorphoBank nevű adatbázist is, amely 86 méhlepényes emlős adatait tartalmazza (köztük 40 fosszilis fajét is). A MorphoBankban létrehozott adathalmaz több mint 4500 jellemvonást tartalmaz, olyan tulajdonságok részletezésével, mint például a szárny, fogak, bizonyos csontok megléte vagy hiánya, a szőrtakaró típusa és az agyban található struktúrák. Emellett felhasználtak több mint 12 000 képet, amelyek mindegyike nyilvánosan elérhető online formában. Ez az adathalmaz egy nagyságrenddel több adatot tartalmazott, mint azok, amelyeket korábban használtak az emlősök rokonsági viszonyainak a tisztázására. Az adatbázis fizikai tárgyakon, például fosszíliákon alapul, melyeknek a száma korlátozott, és jelentős időt igényel a feltárásuk, a preparálásuk valamint a részletes vizsgálatuk. Emiatt az anatómiai adatokon alapuló evolúciós törzsfák vizsgálata során nem nagyon szoktak néhány száz tulajdonságnál többet figyelembe venni. A molekuláris biológiai vizsgálatok számítástechnikai háttere hagyományosan mindig is fejlettebb volt, de a MorphoBankhoz hasonló új technológiák lehetővé teszik a kutatók számára, hogy morfológiai és anatómiai téren is nagyobb és komplexebb projekteket hozzanak létre, és képekkel, hivatkozásokkal, kommentekkel gazdagítsák az adatbázisokat.

A méhlepényesek feltételezhető közös ősének az anatómiájához feltérképezték annak a három fajnak a tulajdonságait, amelyet a morfológiai/genetikai kombinált módszer a törzsfa bázisához helyezett, és ezeket a tulajdonságokat összehasonlították a méhlepényesek legközelebbi rokonainál megfigyelhető jellegekkel. Ez a módszer lehetővé tette annak meghatározását, hogy melyek azok a tulajdonságok, amelyek először csak a közös ősnél jelentek meg, és melyek azok, amelyek változatlanok maradtak hosszabb távon, már a távolabbi ősök óta. Emellett még egyéb érdekes eredmények is születtek a projekt során. Kiderült például, hogy az Afrotheriának nevezett méhlepényes ág (amelynek tagjai Afrikában élnek jelenleg, mint például az elefántok, vagy a földimalacok), nem is Afrikában alakultak ki, hanem az amerikai kontinenseken. Ebből aztán értelemszerűen adódik az egyik következő kutatási projekt témája: hogyan jutottak el végül az Afrotheriák mégis Afrikába?

A Science cikke sokéves együttműködési program eredménye, amelyet legjelentősebb mértékben a National Science Foundation támogatott.