Где жил пингвиний прадедушка? Геномы пингвинов проливают свет на их эволюцию — uzkinobiz.ru
Эволюция пингвинов в течение почти всех лет была предметом споров орнитологов. Где и когда жил общий предок этого различного и удачного семейства? Похоже, генетикам удалось в конце концов разобраться в этом вопросце, для чего же пригодилось секвенировать геномы 18 видов пингвинов. Оказывается, пингвины похожи на людей не лишь собственной вертикальной позой, да и тем, что в течение собственной эволюции различные виды этих нелетающих птиц не один раз скрещивались. Вообщем, кого на данный момент сиим удивишь?
Мы привыкли представлять для себя пингвинов резвящимися на льду, но в действительности эти смешные сотворения захватили не лишь сердца публики, да и широкий диапазон погодных зон, от побережья Антарктиды (температура воды быть может ниже 0!) до Галапагосских островов у Экватора (средняя температура воды наиболее 27 градусов). Вообщем, всё же пингвины предпочитают холодную воду, и их прародиной почти все считали антарктические берега, откуда пингвинье племя позже расселилось по южному полушарию (полушарие мозга в мед. правая или левая половина большого мозга). Другая догадка помещала протцов этих морских жителей в субантарктические умеренные широты. Кто же прав? Исследования генетиков давали противоречивые результаты, возможно, из-за того, что основывались на маленьком количестве данных. Неопределённым оставалось и время, когда крайний общий предок отдал начало ветвистому дереву пингвиньего семейства: по различным оценкам, от 10 до 47 млн годов назад.
В конце концов разобраться в запутанной генеологии пингвинов решила группа исследователей, которые секвенировали геномы 22 особей, относящихся к 18 видам. Результаты размещены в журнальчике PNAS.
Как пишут создатели, некие эталоны для исследования оказалось тяжело раздобыть. К примеру, ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология) желтоглазого, огромного хохлатого и толстоклювого пингвинов пришлось брать в музеях — живы птицы этих видов в неволе весьма редки. Геномы прочитали с высочайшим покрытием (любой нуклеотид был прочтён 30 раз) и «собрали», используя в качестве образца ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) правительского пингвина — самого большого представителя семейства. Приобретенные данные сопоставили с палеонтологическими находками ископаемых пингвинов.
Что все-таки вышло? Во-1-х, одолела «умеренная» версия: исходя из схожих связей и ареалов современных пингвинов, их более возможная прародина находилась не в Антарктиде, а у берегов Австралии, Новейшей Зеландии либо островов южной части Тихого океана. Уже позже пингвины расселялись всё поближе и поближе к полюсу. Удалось найти и дату начала величавого расселения пингвинов — 22 млн годов назад. Кто же первым отправился осваивать неизведанные просторы Антарктики, богатые пищевыми ресурсами? Возможно, это были представители рода Aptenodytes — императорский и царский пингвины. Судя по всему, эта группа птиц рано и весьма стремительно отделилась от пингвиньего «ствола» — генетики разглядывают Aptenodytes как сестринскую кладу по отношению к остальным видам семейства. Создатели отмечают, что таковой итог согласуется и с данными палеонтологов.
Другие представители пингвинов стали интенсивно расселяться по Южному полушарию (полушарие мозга в мед. правая или левая половина большого мозга) около 12 млн годов назад. Исследователи считают, что этому процессу содействовал открывшийся в это время пролив Дрейка меж Антарктидой и южной оконечностью Южной Америки. В итоге усилилось Антарктическое циркумполярное течение (АЦТ), огибающее Земной шар с запада на восток, связывая субантарктические острова. В это время изменялся климат: температура воды в Южном океане свалилась на 6—7 градусов. Возможно, часть видов, населявших Антарктику, вымерла, освободив ниши для пингвинов. Вкупе с течением, наши чёрно-белые симпатяжки двигались с запада на восток. Они заселяли острова и побережья, богатая рыбой вода у которых так приманивала. В течение крайнего ледникового периода морские льды в южном полушарии распространились до 40-й широты, достигнув берегов Южной Америки. Это позволило предпочитающим прохладную воду пингвинам просочиться в субтропики. Предстоящей экспансии этих птиц на Галапагосы и к берегам Южной Африки содействовали несущие воды на север Бенгельское течение и течение Гумбольта. Как досадно бы это не звучало, эти водные потоки не пересекают экватор. Исследователи считают, что конкретно потому, а также из-за любви к прохладной воде пингвинам не удалось просочиться в Северное полушарие (То есть, вообще говоря, половина шара. Часто правая или левая половина большого мозга).
Эволюционная история пингвинов. Догадка происхождения видов пингвинов и оценки времени дивергенции. Красноватые стрелки обозначают четыре точки калибровки ископаемых. Любой узел представлен предковым распределением до действия кладогенеза с внедрением реконструкции предкового ареала на базе более пригодной модели и связан с одним либо несколькими из 10 географических местоположений, изображённых на карте в правом нижнем углу (буковкы от A до J и цветовые коды); области на концах веток представляют текущий ареал вида. Температура Южного океана в прошедшем представлена белоснежным графиком за филогенетическим древом); начало усиления АЦТ обозначено вертикальной пунктирной красноватой линией). (Вверху справа) неравенство экологических ниш во времени для пингвинов, с филогенией, спроецированной на место характеристик ниши по оси y (наибольшая температура воды у поверхности) с предсказуемой занятостью ниши во времени (ось x), реконструированной для внутренних узлов. (Кликните по рисунку, чтоб прирастить).
Исследование показало, что неунывающие пингвины охотно делились своими генами с представителями остальных видов семейства. К примеру, у различных видов хохлатых пингвинов в итоге смешения оказалось от 17 до 23% общей ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов). Огромные хохлатые и царские пингвины имеют 25% «общих генов» и так дальше. Совершенно хохлатые пингвины оказались самыми смешанными — на их долю пришлось не наименее 4 случаев гибридизации. Любопытно, что направление почти всех интрогрессий соответствует Антарктическому течению — «по часовой стрелке».
Попытались исследователи узнать и то, какие генетические адаптации дозволили пингвинам приспособиться к различным условиям, в которые их в буквальном смысле внесло водами океана. Генетики нашли наиболее 100 генов, на которые в процессе пингвиньей эволюции повлиял естественный отбор. Эти гены разделились на два кластера: в один входили те, что отвечают за широкий диапазон клеточных функций, а во 2-ой — действующие на такие характеристики, как иммунитет, чутье, осморегуляцию (баланс солей и воды) и терморегуляцию, а также сердечнососудистую деятельность (давление крови, метаболизм кислорода и др.). Все эти характеристики важны при продолжительном погружении в воду и для поддержания неизменной температуры тела. Животрепещуще для императорских пингвинов, которые отлично проводят время при −40 и плещутся в воде с температурой −1,8 градусов. Галапагосские пингвины, напротив, могут испытывать на для себя жару до +40. Регуляция давления крови путём сужения сосудов дозволяет сберегать кислород при долгих нырках. Тут рекордсмены императорский и царский пингвины — оба могут нырять на глубину наиболее чем 300 метров, 1-ый проводит под водой до 22, 2-ой — до 8 минут. Наиболее маленькие виды пингвинов не так круты в дайвинге, ныряя только на 1—2 минутки. С сиим, возможно, соединены приметные несинонимичные отличия в гене миоглобина (кислородосвязывающего белка) меж различными родами пингвинов. А благодаря действенной осморегуляции эти морские птицы приспособились к очень солёной воде океана.
Как изменялась численность пингвинов? Генетический анализ показал, что большая часть видов этого семейства очень размножились во время мощного похолодания 40—70 тыс. годов назад. Численность неких видов росла и в предшествующий ледниковый период около 140 тыс. годов назад. Пингвины — огромные любители спариваться на льду! С началом потепления численность ряда видов начала падать. От увеличения температуры весьма мучаются субантарктический и галапагосский пингвины.
Очковые пингвины во время супружеского сезона.
Смешные пингвинчики смогли достигнуть фуррора и на антарктическом побережье, и на тёплых Галапагосах. Но не стоит забывать, что адаптации к различным климатическим зонам не происходят одномоментно. Беспримерно резвый рост температуры, вызванный деятельностью человека, превосходит пингвиньи способности. Почти все популяции пингвинов находятся на данный момент под опасностью вымирания. Это относятся и к императорским пингвинам: из-за сокращения площади антарктических льдов эти наикрупнейшие птицы обязаны поменять места обитания. У другого вида, обитающего в Антарктике — пингвина Адели — небезопасно возросла смертность птенцов. От необычной жары мучаются пингвины Галапагоссов и Южной Африки, а в Новейшей Зеландии малый и желтоглазый пингвины, вприбавок, погибают в когтях диких кошек. Пингвины пережили огромное количество погодных пертурбаций, но этот рукотворный катастрофа может оказаться крайним для их. Поможет ли новое исследование сохранить смешных «человечков в смокингах»? Исследователи весьма уповают как-то воздействовать на ситуацию. На данный момент у создателей статьи в руках геномы уже 300 пингвинов. Учёные докладывают, что анализ этого массива данных дозволил найти неведомую ранее популяцию либо даже новейший вид, который ждёт научного описания.