Блог

Ключевые слова : бараминология, мтДНК, темпы видообразования, генетическое разнообразие, барамин, диверсификация

Введение

Бараминология, наука об изучении сотворенных видов, существует со времен Линнея, хотя слово «барамин» появилось гораздо позже, а слово «бараминология» — еще позже. Статистика появилась вскоре после этого. Хотя предпринимались некоторые попытки определить, что такое вид, практически не предпринималось попыток определить, каких результатов следует ожидать при проведении статистического бараминологического анализа.

Точное определение рода остается предметом дискуссий. Большинство бараминологов предполагают, что он обычно находится на уровне семейства согласно линнеевской классификации. Однако существуют известные исключения (например, Proboscidea), и некоторые бараминологи оспаривают эту оценку. Уилсон предложил использовать таксономически ограниченные гены для определения границ рода. Хотя это может быть полезно, возможна потеря генов, что делает эти гены лишь частичным решением для определения границ родов. В целях данной работы будет предполагаться, что род находится на уровне семейства, если предыдущие исследования не показали обратное.

Библия дает нам лишь минимальную информацию об первоначальных бараминах. Мы не знаем, сколько особей составляли первоначальные виды, и насколько велико было разнообразие между ними. Разумно предположить, поскольку Библия говорит нам о многочисленности рыб и птиц, что их было больше, чем пар. Однако это предположение не указано явно. О наземных животных, дышащих воздухом, у нас есть немного больше информации. Нам сказано, что в ковчег вошло от двух до семи (или четырнадцати) особей каждого вида (Бытие 7:2), и что они представляли собой репродуктивные группы (Бытие 6:19, 7:3, 8:17).

Из этих ограниченных утверждений можно сделать вывод, что в прошлом виды представляли собой группы репродуктивно совместимых организмов, хотя сегодня это может быть не так. Также, основываясь на простых генетических принципах, можно предположить, что виды с большим количеством исходных особей потенциально должны быть более разнообразными сегодня, при прочих равных условиях. Однако, как правило, все остальные условия не равны. Разные виды диверсифицировались по-разному после выхода с Ковчега. Например, существуют сотни ныне живущих видов Muridae, но только один вид Phascolarctidae, хотя оба вида были на Ковчеге, имея всего двух основателей. Эти два вида, должно быть, прошли совершенно разные пути, чтобы достичь современного числа видов.

На темпы диверсификации различных видов могут влиять несколько факторов, включая время генерации, скорость мутаций, начальное разнообразие, начальный размер популяции, способность к расселению и изменчивость среды обитания, среди прочих. Скорость мутаций является очевидным предиктором разнообразия внутри вида. В целом, чем ниже скорость мутаций в каждом виде, тем ниже его генетическое разнообразие. Широкое исследование птиц и млекопитающих показало, что разнообразие митохондриальной ДНК тесно связано со скоростью мутаций мтДНК. Отдельное исследование, также проведенное на птицах, связало скорость мутаций со скоростью диверсификации. У растений скорость замещения также была связана со скоростью диверсификации.

Однако даже внутри видов скорость мутаций не всегда одинакова: одно исследование скорости мутаций у позвоночных показало, что у самцов млекопитающих и птиц скорость мутаций в среднем выше, чем у самок, а межвидовая скорость варьировалась в 40 раз. Разнообразие дополнительно определяется исходной вариабельностью ДНК основателей. Если исходные виды были созданы гетерозиготными, то они изначально обладали максимальным разнообразием. Хотя повествование о потопе ничего не говорит нам о генетике, мы можем предположить, исходя из изменчивости, демонстрируемой многими видами сегодня, что по крайней мере некоторые виды на Ковчеге обладали максимальным разнообразием. Если это так, то скорость мутаций, возможно, просто увеличивала существующее разнообразие, а не стимулировала его. Конечно, в небольшой популяции, существовавшей после потопа, легко допустить закрепление одних аллелей и исчезновение других. Однако в некоторых случаях эти эффекты основателя могут не сильно снижать разнообразие.

Длительные периоды генерации связывают с поддержанием генетического разнообразия у ряда видов. Однако частота мутаций выше у видов с короткими генерациями, что теоретически увеличивает генетическое разнообразие внутри этих таксонов. Однако это осложняется тем, что Y-хромосома имеет более высокую частоту мутаций, чем X-хромосома, и эта частота выше у видов с длинными, а не короткими генерациями. Тем не менее, предполагая наличие гетерозиготности и зная, что гетерозиготность снижается вдвое в каждом поколении, чем меньше поколений прошло с момента потопа, тем выше будет ожидаемая гетерозиготность. Способность организмов внутри вида расселяться из своих родных мест также может влиять на ожидаемое генетическое разнообразие. Было высказано предположение, что умеренная способность к расселению приведет к образованию наиболее богатых видами групп, но эта гипотеза требует дальнейшей проверки. Расселение внутри вида помогает поддерживать генетическое разнообразие, но разнообразие значительно снижается на границах ареала вида. Там, где расселение ограничено, разнообразие, как правило, также ниже.

Некоторые из этих переменных сложны и трудно поддаются моделированию на уровне вида, поскольку разные представители могут иметь различное поведение. Было бы несправедливо и неточно моделировать поведение расселения всех кошачьих на Panthera leo . У P. leo самки расселяются только в определенных условиях окружающей среды, а самцы почти всегда покидают свои родные территории. Однако у P. pardus расселяются только около 60% самцов. Скорость мутации для одного вида может отличаться от скорости мутации другого вида того же вида и так далее. Тем не менее, есть несколько вещей, которые мы можем измерить. Используя современные генетические алгоритмы, мы можем оценить, насколько похожи генетические последовательности представителей данного вида. На основании Священного Писания мы можем приблизительно оценить, сколько представителей каждого вида было на ковчеге. Мы также можем определить скорость видообразования, взяв количество представителей данного вида в настоящее время и разделив его на количество лет, прошедших с момента потопа.

Используя имеющуюся информацию, можно ответить на ряд вопросов. Все ли виды генетически равноудалены друг от друга? Существует ли генетический порог, за которым виды А и В не могут принадлежать к одному виду? Если нет, то в каких ситуациях можно ожидать высокой степени генетического сходства между представителями одного вида? Я выдвигаю следующие гипотезы:

1. Различные виды не будут находиться на одинаковом генетическом расстоянии друг от друга.
2. Виды, в которых большее количество видов, будут генетически менее похожи друг на друга.
3. Виды с повышенной скоростью видообразования будут обладать большим генетическим разнообразием.
4. Виды, имевшие большую начальную численность в мире после Потопа, будут обладать более высоким видовым разнообразием и насчитывать больше видов в современном мире.

Материалы и методы

Значения генетического сходства для более чем 100 семейств млекопитающих были получены с разрешения из дополнительных материалов Cserhati (2026). Количество существующих видов в каждом семействе млекопитающих было получено из базы данных разнообразия млекопитающих. Все таксономические группы с тремя или менее членами были удалены, в результате чего для анализа осталось 47 групп. Темпы видообразования были рассчитаны путем деления количества видов на семейство на количество лет, прошедших после потопа, которое оценивается в 4 326 лет. Размер популяции, основавшей ковчег, был определен на основе Священного Писания: для чистых и летающих видов было выбрано 14 особей. Для видов, которые могли выжить вне ковчега, таких как дельфины и киты, число было установлено равным десяти, чтобы учесть масштабное истребление, которое мог бы вызвать потоп.

Для определения корреляции между несходством митохондриальных последовательностей и количеством видов в данном роде использовалась бета-регрессионная модель с логарифмическим преобразованием количества видов для учета вариаций в размере групп. Затем бета-регрессионная модель с логарифмическим преобразованием скорости видообразования использовалась для проверки корреляции между скоростью видообразования и несходством митохондриальных последовательностей. Была выполнена третья бета-регрессионная модель для проверки корреляций между исходными популяциями и несходством митохондриальных последовательностей. Затем три переменные были объединены в единую бета-регрессионную модель для определения того, какие из них вносят значимый вклад в несходство митохондриальных последовательностей. Бета-регрессия использовалась потому, что данные варьировались от нуля до единицы. В каждом случае для проверки корректности модели запускалась линейная модель. Для каждой модели также проводился перестановочный тест с использованием 999 перестановок, чтобы убедиться, что эффект не является артефактом структуры данных. 

Результаты

Сходство последовательностей коррелировало со всеми тремя основными переменными. Регрессионный анализ между сходством последовательностей и количеством видов показал значимый результат (p = 0,0015), указывая на то, что более низкое сходство последовательностей было связано с увеличением количества видов (рис. 1). Перестановки были значимыми (p = 0,03). Линейная модель также была значимой (p = 0,0053). Это неудивительно. Разные виды в пределах одного вида имеют разные скорости мутаций. Различные скорости и специфические для линий мутации приводят к различиям между митохондриальными последовательностями видов. Чем больше видов в пределах данного вида, тем больше дивергенция в их последовательностях и, следовательно, тем меньше их сходство последовательностей. Однако количество исследованных видов не отражает всей картины, поскольку во многих случаях видов в данном виде больше, чем тех, для которых доступна мтДНК. Объем отсутствующих данных рассчитывался путем вычитания количества видов, включенных в набор данных, из количества существующих видов в каждом семействе, суммирования результатов и деления результата на количество семейств в наборе данных. Среднее количество отсутствующих видов по всем семействам составляет 45,4. Эти отсутствующие виды могут объяснить, почему при запуске объединенной модели логарифм количества исследованных видов не оказывает никакого влияния.

Скорость видообразования, поскольку она рассчитывалась на основе количества существующих видов, не подвержена подобным негативным последствиям. Регрессионный анализ сходства последовательностей и скорости видообразования показал, что более низкое сходство последовательностей было связано с более высокой скоростью видообразования (p = 0,001) (рис. 2). Перестановки были значимыми (p < 0,001). Линейная модель также была значимой (p = 0,001). Поскольку видообразование происходит в разное время, из разных предковых таксонов, несущих разные последовательности мтДНК, увеличение числа видов в каждом типе должно приводить к увеличению разнообразия последовательностей мтДНК. Однако это может быть опосредовано условиями окружающей среды. У бактерий таксономическое разнообразие отрицательно коррелирует с разнообразием генов из-за изменений pH почвы. Другими словами, генетическое разнообразие бактерий уменьшается с увеличением pH. Однако этот анализ осложняется вероятностью существования нескольких типов бактерий в исследуемой выборке. Недостаток заключается в том, что темпы видообразования почти наверняка выше для каждого вида в наборе данных, поскольку некоторые виды вымерли. Хотя виды с большим видовым разнообразием, вероятно, содержат больше вымерших таксонов, некоторые ныне живущие виды имеют лишь несколько ныне живущих особей, но много вымерших таксонов. Однако, по-видимому, очевидно, что чем выше темп видообразования внутри вида, тем более разнообразными должны быть его последовательности мтДНК.

Рис. 1. Бета-регрессия для корреляции между логарифмом числа исследованных видов и дивергенцией митохондриальной последовательности.

Рис. 2. Бета-регрессия для корреляции между логарифмом скорости видообразования и разнообразием митохондриальных последовательностей.

Регрессионный анализ сходства последовательностей с исходным размером популяции показал значимый результат (p = 0,019). Перестановки для сходства последовательностей по сравнению с исходной популяцией также показали значимый результат (p = 0,015). Линейная модель также показала значимый результат (p = 0,0498). Хотя эти результаты являются значимыми, исходный размер популяции, хотя и коррелирует с дивергенцией последовательностей, не может рассматриваться с той же силой, что и скорость видообразования, по двум причинам. Во-первых, исходный размер популяции млекопитающих, существовавших за пределами ковчега, таких как дельфины или клопы, неизвестен. В Библии не записано, сколько из них пережило потоп, поскольку их не было на ковчеге. Хотя нам сказано, что нечистые животные приходили парами, ведутся споры о том, приходили ли чистые и летающие виды группами по семь или четырнадцать особей. В любом случае, исходная популяция чистых и летающих видов была больше, чем нечистых.

Объединенная модель выявила две значимые переменные. Скорость видообразования и размер исходной популяции были значимыми (p = 0,001 для обоих показателей), в то время как количество существующих видов не было значимым (p = 0,8322). Перестановки были значимыми для скорости видообразования и размера исходной популяции (p = 0,001, p = 0,004), но не значимыми для количества существующих видов (p = 0,8929). Эти результаты могут помочь прояснить, чего следует ожидать при попытке определить границы видов. Эти границы не могут быть однородными. Развитие в разных местообитаниях, в разное время, с разными темпами адаптации и мутации исключает возможность того, что разные виды будут иметь схожие пороговые значения сходства. Это может также относиться к морфологическим исследованиям, хотя в этой области еще не проводилось никаких работ. В будущем может появиться возможность использовать известные скорости видообразования для прогнозирования генетического разнообразия данного вида. Однако в этой области необходимы гораздо более масштабные исследования. В будущем следует оценивать скорость мутаций, среду обитания, поведенческие данные и возможности расселения как факторы, определяющие текущее генетическое разнообразие внутри видов.

Заключение

Скорость видообразования и начальный размер популяции коррелируют с дивергенцией последовательностей в различных видах млекопитающих. Количество исследованных видов также коррелировало, но в полной модели эта корреляция не была статистически значимой. Скорость видообразования, наряду с другими демографическими факторами, может способствовать диверсификации и, таким образом, может служить предикторами генетического разнообразия внутри видов. Однако эта область крайне малоизучена, и необходимо провести гораздо больше исследований для создания полной модели, способной предсказывать разнообразие конкретного вида.

Гарри Ф. Сандерс III