[论文解读] Fit of Fossils and Mammalian Molecular Trees: Dating Inconsistencies Revisited

Peter J. Waddell|ArXiv.org|Dec 30, 2008

Evolution and Paleontology Studies参考文献 20被引用 8

一句话总结

本研究通过整合化石校准与分子系统发育关系，重新评估胎盘哺乳动物的分歧时间估计，针对关键化石节点的修订连续概率分布，检验了九种演化速率模型。研究发现，灵长目总超目（Euarchontoglires）与劳亚兽总目（Laurasiatheria）的校准之间存在显著的年龄差异，无论选择何种模型，联合使用这两类校准均导致惩罚函数急剧上升，表明分歧时间估计存在持续的不一致。

ABSTRACT

Divergence time estimation requires the reconciliation of two major sources of data. These are fossil and/or biogeographic evidence that give estimates of the absolute age of nodes (ancestors) and molecular estimates that give us estimates of the relative ages of nodes in a molecular evolutionary tree. Both forms of data are often best characterized as yielding continuous probability distributions on nodes. Here, the distributions modeling older fossil calibrations within the tree of placental (eutherian) mammals are reconsidered. In particular the Horse/Rhino, Human/Tarsier, Whale/ Hippo, Rabbit/Pika and Rodentia calibrations are reexamined and adjusted. Inferring the relative ages of nodes in a phylogeny also requires the assumption of a model of evolutionary rate change across the tree. Here nine models of evolutionary rate change, are combined with various continuous distributions modeling fossil calibrations. Fit of model is measured both relative to a normalized fit, which assumes that all models fit well in the absence of multiple fossil calibrations, and also by the linearity of their residuals. The normalized fit used attempts to track twice the log likelihood difference from the best expected model. The results suggest there is a very large difference in the age of the root proposed by calibrations in Supraprimates (informally Euarchontoglires) versus Laurasiatheria. Combining both sets of calibrations results in the penalty function vastly increasing in all cases. These issues remain irrespective of the model used or whether the newer calibrations are used.

研究动机与目标

• 重新评估关键胎盘哺乳动物类群（包括马/犀牛、人/跗猴、鲸/河马、兔/鼠兔及啮齿目）的化石校准分布。
• 评估九种演化速率变化模型对这些重新校准的化石分布的拟合程度。
• 探究将不同哺乳动物类群（灵长目总超目 vs. 劳亚兽总目）的校准数据合并，是否能改善或恶化分歧时间估计。
• 使用基于最佳模型对数似然差两倍的归一化拟合度量，量化化石校准不确定性对分子分歧时间估计的影响。
• 确定较新的化石校准是否能解决胎盘哺乳动物分子定年中长期存在的不一致问题。

提出的方法

• 使用连续概率分布重新评估化石校准点，以表示绝对节点年龄的不确定性。
• 在系统发育树上应用九种不同的演化速率变化模型，以估计相对分歧时间。
• 采用基于与最佳拟合模型对数似然差两倍的归一化拟合度量，评估模型表现。
• 通过残差线性度评估模型拟合程度，以检测与预期模式的系统性偏离。
• 将灵长目总超目与劳亚兽总目类群的化石校准数据合并，以检验累积不相容性。
• 评估不同模型和校准数据集（包括较新化石数据）下结果的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 针对关键胎盘哺乳动物类群的修订化石校准分布，是否能改善分子分歧时间估计的拟合度？
• RQ2 当使用灵长目总超目与劳亚兽总目化石进行校准时，胎盘哺乳动物根部年龄的估计是否存在显著差异？
• RQ3 将灵长目总超目与劳亚兽总目类群的化石校准数据合并，是否会导致模型惩罚函数显著增加，从而表明存在不相容性？
• RQ4 不同演化速率模型如何影响分子系统发育树与化石校准数据的拟合度？
• RQ5 分歧时间估计中的不一致是否在引入较新化石校准后依然存在？

主要发现

• 灵长目总超目（Euarchontoglires）与劳亚兽总目（Laurasiatheria）的化石校准之间存在显著的年龄差异，前者提示的根部年龄远早于后者。
• 无论使用何种演化速率模型，将两个类群的校准数据合并均导致惩罚函数急剧上升，表明存在强烈不相容性。
• 无论选择何种演化速率模型，或是否使用较新的化石校准，该不一致现象依然存在。
• 基于与最佳模型对数似然差两倍的归一化拟合度量显示，当同时使用两组校准数据时，没有任何模型能获得良好拟合。
• 拟合模型的残差显示非线性特征，表明在同时使用多组化石校准数据时，存在与预期演化模式的系统性偏离。