Свежие комментарии

  • Любовь Филина
    Феодосия, Картинная галерея И. АЙВАЗОВСКОГО...смертным пришёл -бессмертным будешь!Почему эта картин...
  • Владимир
    Вы и представить себе не можете, какое кол- во картин люди не только не видели но и не слышали, что такие есть. И ско...Почему эта картин...
  • Валерий Кокарев
    В становлении США, как государства стояла Российская империя, которая защитила и встала на пути английских войск (кол...Почему эта картин...

Где жил пингвиний прадедушка? Геномы пингвинов проливают свет на их эволюцию

Где жил пингвиний прадедушка? Геномы пингвинов проливают свет на их эволюцию Субантарктические пингвины.

Эволюция пингвинов в течение многих лет была предметом споров орнитологов. Где и когда жил общий предок этого разнообразного и успешного семейства? Похоже, генетикам удалось наконец разобраться в этом вопросе, для чего понадобилось секвенировать геномы 18 видов пингвинов. Оказывается, пингвины похожи на людей не только своей вертикальной позой, но и тем, что в течение своей эволюции разные виды этих нелетающих птиц неоднократно скрещивались. Впрочем, кого сейчас этим удивишь?

Мы привыкли представлять себе пингвинов резвящимися на льду, но в реальности эти забавные создания завоевали не только сердца публики, но и широкий спектр климатических зон, от побережья Антарктиды (температура воды может быть ниже 0!) до Галапагосских островов у Экватора (средняя температура воды более 27 градусов). Впрочем, всё же пингвины предпочитают прохладную воду, и их прародиной многие считали антарктические берега, откуда пингвинье племя позднее расселилось по южному полушарию. Альтернативная гипотеза помещала предков этих морских обитателей в субантарктические умеренные широты. Кто же прав? Исследования генетиков давали противоречивые результаты, вероятно, из-за того, что основывались на небольшом количестве данных.

Неопределённым оставалось и время, когда последний общий предок дал начало ветвистому дереву пингвиньего семейства: по разным оценкам, от 10 до 47 млн лет назад.

Наконец разобраться в запутанной генеологии пингвинов решила группа исследователей, которые секвенировали геномы 22 особей, относящихся к 18 видам. Результаты опубликованы в журнале PNAS.

Как пишут авторы, некоторые образцы для исследования оказалось непросто раздобыть. Например, ткани желтоглазого, большого хохлатого и толстоклювого пингвинов пришлось брать в музеях — живые птицы этих видов в неволе очень редки. Геномы прочли с высоким покрытием (каждый нуклеотид был прочтён 30 раз) и «собрали», используя в качестве эталона ДНК императорского пингвина — самого крупного представителя семейства. Полученные данные соотнесли с палеонтологическими находками ископаемых пингвинов.

Что же получилось? Во-первых, победила «умеренная» версия: исходя из родственных связей и ареалов современных пингвинов, их наиболее вероятная прародина находилась не в Антарктиде, а у берегов Австралии, Новой Зеландии или островов южной части Тихого океана. Уже потом пингвины расселялись всё ближе и ближе к полюсу. Удалось определить и дату начала великого расселения пингвинов — 22 млн лет назад. Кто же первым отправился осваивать неизведанные просторы Антарктики, богатые пищевыми ресурсами? Вероятно, это были представители рода Aptenodytes — императорский и королевский пингвины. Судя по всему, эта группа птиц рано и очень быстро отделилась от пингвиньего «ствола» — генетики рассматривают Aptenodytes как сестринскую кладу по отношению к остальным видам семейства. Авторы отмечают, что такой результат согласуется и с данными палеонтологов.

Остальные представители пингвинов стали активно расселяться по Южному полушарию около 12 млн лет назад. Исследователи полагают, что этому процессу способствовал открывшийся в это время пролив Дрейка между Антарктидой и южной оконечностью Южной Америки. В результате усилилось Антарктическое циркумполярное течение (АЦТ), огибающее Земной шар с запада на восток, связывая субантарктические острова. В это же время менялся климат: температура воды в Южном океане упала на 6—7 градусов. Вероятно, часть видов, населявших Антарктику, вымерла, освободив ниши для пингвинов. Вместе с течением, наши чёрно-белые симпатяжки двигались с запада на восток. Они заселяли острова и побережья, богатая рыбой вода у которых так манила. В течение последнего ледникового периода морские льды в южном полушарии распространились до 40-й широты, достигнув берегов Южной Америки. Это позволило предпочитающим холодную воду пингвинам проникнуть в субтропики. Дальнейшей экспансии этих птиц на Галапагосы и к берегам Южной Африки способствовали несущие воды на север Бенгельское течение и течение Гумбольта. Увы, эти водные потоки не пересекают экватор. Исследователи полагают, что именно поэтому, а также из-за любви к холодной воде пингвинам не удалось проникнуть в Северное полушарие.

Эволюционная история пингвиновЭволюционная история пингвинов. Гипотеза происхождения видов пингвинов и оценки времени дивергенции. Красные стрелки обозначают четыре точки калибровки ископаемых. Каждый узел представлен предковым распределением до события кладогенеза с использованием реконструкции предкового ареала на основе наиболее подходящей модели и связан с одним или несколькими из 10 географических местоположений, изображённых на карте в правом нижнем углу (буквы от A до J и цветовые коды); области на концах ветвей представляют текущий ареал вида. Температура Южного океана в прошлом представлена белым графиком за филогенетическим древом); начало усиления АЦТ обозначено вертикальной пунктирной красной линией). (Вверху справа) неравенство экологических ниш во времени для пингвинов, с филогенией, спроецированной на пространство параметров ниши по оси y (максимальная температура воды у поверхности) с прогнозируемой занятостью ниши во времени (ось x), реконструированной для внутренних узлов. (Кликните по рисунку, чтобы увеличить).

Исследование показало, что неунывающие пингвины охотно делились своими генами с представителями других видов семейства. Например, у разных видов хохлатых пингвинов в результате смешения оказалось от 17 до 23% общей ДНК. Большие хохлатые и королевские пингвины имеют 25% «общих генов» и так далее. Вообще хохлатые пингвины оказались самыми смешанными — на их долю пришлось не менее 4 случаев гибридизации. Интересно, что направление многих интрогрессий соответствует Антарктическому течению — «по часовой стрелке».

Постарались исследователи выяснить и то, какие генетические адаптации позволили пингвинам приспособиться к разнообразным условиям, в которые их в буквальном смысле занесло водами океана. Генетики обнаружили более 100 генов, на которые в процессе пингвиньей эволюции воздействовал естественный отбор. Эти гены разделились на два кластера: в один входили те, что отвечают за широкий спектр клеточных функций, а во второй — влияющие на такие свойства, как иммунитет, обоняние, осморегуляцию (баланс солей и жидкости) и терморегуляцию, а также сердечнососудистую деятельность (кровяное давление, метаболизм кислорода и др.). Все эти свойства важны при длительном погружении в воду и для поддержания постоянной температуры тела. Актуально для императорских пингвинов, которые прекрасно проводят время при −40 и плещутся в воде с температурой −1,8 градусов. Галапагосские пингвины, напротив, могут испытывать на себе жару до +40. Регуляция кровяного давления путём сужения сосудов позволяет экономить кислород при длительных нырках. Здесь рекордсмены императорский и королевский пингвины — оба могут нырять на глубину более чем 300 метров, первый проводит под водой до 22, второй — до 8 минут. Более мелкие виды пингвинов не так круты в дайвинге, ныряя лишь на 1—2 минуты. С этим, вероятно, связаны заметные несинонимичные отличия в гене миоглобина (кислородосвязывающего белка) между разными родами пингвинов. А благодаря эффективной осморегуляции эти морские птицы приспособились к чрезвычайно солёной воде океана.

А как менялась численность пингвинов? Генетический анализ показал, что большинство видов этого семейства чрезвычайно размножились во время сильного похолодания 40—70 тыс. лет назад. Численность некоторых видов росла и в предыдущий ледниковый период около 140 тыс. лет назад. Пингвины — большие любители спариваться на льду! С началом потепления численность ряда видов начала падать. От повышения температуры очень страдают субантарктический и галапагосский пингвины.

Очковые пингвины во время брачного сезонаОчковые пингвины во время брачного сезона.

Забавные пингвинчики смогли добиться успеха и на антарктическом побережье, и на тёплых Галапагосах. Но не стоит забывать, что адаптации к разным климатическим зонам не происходят мгновенно. Беспрецедентно быстрый рост температуры, вызванный деятельностью человека, превосходит пингвиньи возможности. Многие популяции пингвинов находятся сейчас под угрозой вымирания. Это относятся и к императорским пингвинам: из-за сокращения площади антарктических льдов эти крупнейшие птицы вынуждены менять места обитания. У другого вида, обитающего в Антарктике — пингвина Адели — опасно возросла смертность птенцов. От небывалой жары страдают пингвины Галапагоссов и Южной Африки, а в Новой Зеландии малый и желтоглазый пингвины, вдобавок, гибнут в когтях одичавших кошек. Пингвины пережили множество климатических пертурбаций, но этот рукотворный катаклизм может оказаться последним для них. Поможет ли новое исследование сохранить забавных «человечков в смокингах»? Исследователи очень надеются как-то повлиять на ситуацию. Сейчас у авторов статьи в руках геномы уже 300 пингвинов. Учёные сообщают, что анализ этого массива данных позволил обнаружить неизвестную ранее популяцию или даже новый вид, который ждёт научного описания.

Ссылка на первоисточник

Картина дня

наверх