Вчені з’ясовують, як і куди йде еволюція
Дослідження, про яке ми розповімо сьогодні, науковці відділу еволюційної морфології Інституту зоології ім. І. І. Шмальгаузена запланували давно, ще десять років тому. У 2014 році, коли український зоолог і палеонтолог Павло Гольдін залишив окупований Крим і приїхав до Києва, у відділі вирішили: це дослідження вони обов’язково виконають. Знайдуть фінансування, куплять сучасне обладнання, залучать мультидисциплінарну команду і отримають важливі знання.
Заявку на конкурс Національного фонду досліджень України «Підтримка досліджень провідних та молодих учених» науковці виписали найретельніше і – перемогли. У цьому році вони планують завершити проєкт «Цілісність організму ссавців як фактор стійкості при водному та повітряному способах життя (на прикладі скелетних ознак)».
У чому ж суть дослідження?
Як розповів Павло, проєкт вивчає дві групи ссавців – рукокрилих і китоподібних, які суттєво відрізняються від усіх інших звірів. «Ми, наприклад, рухаємося у двовимірному просторі, ходимо по землі, ноги у нас знизу, а голова – зверху», – без тіні усмішки пояснив учений.
Кити й кажани в ході еволюції пристосувалися до плавання та польоту і нині діють у тривимірному середовищі. Для цих ссавців «верх» за секунду може стати «низом», і навпаки. «Вони живуть в середовищі, у якому немає точки опори (і відповідно немає потреби на щось спиратися). У цих умовах організми ссавців змінюються і, в першу чергу, трансформується скелет», – продовжив розповідь науковець.
Інакше кажучи, скелет, повністю чи частково, перестає виконувати опорну функцію. У китів він ніби «звільняється» від обмежень і набуває інших функцій. У кажанів навпаки – скелет стає дуже стійким, але кістки в ньому тонкі та легкі. У кажанів з’явилися крила, у китів – плавці. Та й самі ссавці набувають зовсім нових форм, потрібних у новому середовищі.
Метою вчених було зрозуміти: як відбувається процес трансформації, як різні частини скелета (чи різні кістки у скелеті, чи різні частини однієї й тієї ж кістки) пов’язані одна з одною. Як ці зв’язки збільшуються і як зменшуються? А головне – як це все відбувається протягом еволюції? В якому напрямку йде еволюція цих та інших структур?
Робочою гіпотезою науковців було, що на початкових етапах еволюції зв’язки всередині скелета розпадаються, а на наступних етапах «складаються» у щось інше, у нову комбінацію. Звісно, все виявилося набагато складнішим.
В процесі дослідження вчені розуміли, що еволюцію скелета можна описати за допомогою нової мови, мови інтегрованих систем.
– Для розрахунку спільної еволюції ми взяли точки на поверхні кісток в тривимірному просторі, врахували спільну еволюцію метричних ознак (таких, які можна виміряти лінійкою), оцінили еволюцію анатомічних мереж – конструкцій, в яких скелет представлено у вигляді мережі елементів, і кожна кістка чи зуб є елементом мережі, – продовжив розповідь Павло Гольдін. – В результаті з’ясували, як рухається еволюція ссавців при зміні середовища.
За кошти грантового фінансування науковці придбали три 3D сканери – для сканування об’єктів малого розміру, середнього і великого. За допомогою цього обладнання вони мають можливість сканувати і череп кажана, і череп кита. Також придбали ПЛР-машину, яка дає можливість вимірювати експресію генів у організмі.
За допомогою 3D сканерів виконавці проєкту створили чимало 3D-моделей – і скелетів, і окремих кісток сучасних та викопних ссавців. Для того, щоб створити ці моделі, вони збирали дані в українських та закордонних музеях.
Величезною удачею Павло Гольдін вважає те, що, попри війну, вдалося зберегти команду. Хоч небезпечних моментів (і для людей, і для цифрового архіву) було чимало. Деяким з виконавців проєкту довелося в останню хвилину виїхати з їх домівок біля Києва, – наступного дня ці міста і села було окуповано. Ще один науковець – асистент Павло Отряжий, виїхав з Харкова і врятував з-під обстрілів повну версію архіву.
В команді, як і планували, зібрали дуже фахових і вмотивованих науковців. За загальну теорію та «блок кажанів» відповідає відомий вчений, фахівець з морфології та еволюції ссавців Ігор Дзеверін. Марія Ґ’хазалі аналізує еволюційні дерева, робить розрахунки швидкості еволюції та займається методологією проєкту. Анатом Карина Вишнякова збирає первинні польові дані для морфологічного і генетичного досліджень. Пані Карина проводить розтини у польових умовах. За словами Павла Гольдіна, це найбрудніша частина роботи, але без неї – ніяк, адже деякі речі неможливо побачити в музеї чи на фотографії, про них ніде не написано, їх можна лише «знайти руками». Валерія Теліженко і Ксенія Гулак працюють над генетичним дослідженням, а Оксана Верцімаха – над статистичними розрахунками. З учасниками проєкту по різних напрямах співпрацюють й інші українські науковці – Оксана Шатковська, Олександр Ковальчук, Олексій Болдирєв.
Найбільш ранні етапи еволюції китоподібних (коли кити ще мали чотири лапи) вивчає молодий вчений, палеонтолог Світозар Давиденко. Водночас це головний фахівець команди з 3D-технології і 3D-моделювання. «Я радію, що Світозар прийшов до нас як аспірант, а нині він уже PhD. Зростання цього науковця відбувається саме завдяки проєкту», – з усмішкою додав Павло.
Запитую також: які плани має команда на найближче майбутнє, коли проєкт буде закінчено. Співрозмовник відповідає: зібрано величезний масив даних, у цифровому архіві команди понад 4 терабайти інформації. Опрацьовувати її вчені планують і після фінішу проєкту. Тобто цікавої й важливої роботи, за словами пана Павла – на декілька років. А це значить, що будуть нові гранти і нові відкриття.
Світлана ГАЛАТА
