Несколько миллионов лет назад на Гавайские острова прибыл прародитель группы певчих птиц, известных как медоносы. Птицы разошлись по разным видам, чтобы заполнить множество ниш, питаясь всем - от личинки до древесного сока и нектара из тропических цветов. Но до недавнего времени ученые не знали точно, как различные виды медоносных растений, существующие в настоящее время, связаны друг с другом или какая птица с материка была их ближайшим предком.
Новое исследование, проведенное группой ученых из Смитсоновского института, опубликованное в журнале Current Biology, соединило эту загадку и раскрыло тайну. «Это излучение является одним из естественнонаучных сокровищ, которые архипелаг предлагает посреди Тихого океана», - говорит д-р Хизер Лернер, профессор в колледже Эрлхэм, который работал над исследованием в качестве постдокторского исследователя в Смитсоновском институте природоохранной биологии. с Робом Флейшером и Хелен Джеймс.
Большинство видов медоносов ярко окрашены и поют канареечную песню. Но помимо этого они удивительно разнообразны. «У вас есть виды медоносных растений, которые приспособлены к нектарности, в то время как другие едят семена, фрукты или даже улиток», - говорит Лернер. «У вас есть несколько типов счетов, которые просто уникальны среди птиц».
Подобно знаменитым вьюркам, которые Дарвин изучал на Галапагосских островах, ученые долгое время считали медоносы примером учебного пособия по адаптивной радиации - группе видов, которые эволюционировали, чтобы заполнить различные ниши после прибытия в новую среду обитания. «Пытаясь понять все это разнообразие, если вы не понимаете, как и когда оно развивалось, вы действительно не можете проверить множество гипотез», - говорит Лернер. «Филогения - индивидуальные отношения между видами - имеют фундаментальное значение».
Чтобы начать разгадывать эту загадку, исследовательская группа собрала образцы ДНК самых разных птиц. В дополнение к отбору проб всех 18 живых видов медоносных растений - и одной недавно вымершей группы - они взяли ДНК от 28 видов птиц, которые, по-видимому, имели общие характеристики с медоносными насекомыми или имеют сходные диапазоны.
Затем исследователи использовали передовые методы секвенирования ДНК, некоторые из которых были разработаны за последние несколько лет. Эти методы имели решающее значение, потому что для выяснения запутанных отношений между различными видами требовалось огромное количество ДНК, чтобы найти сходства и различия в генетических кодах. «Мы бы были в лаборатории вечно, если бы не использовали некоторые новые технологии», - говорит Лернер. «Итак, вместо того, чтобы копировать, может быть, 500 пар оснований ДНК за раз или 1000, мы сделали от 10 000 до 12 000 за раз. Это полная революция в плане секвенирования ДНК ».
Ученые исследовали ряд мест в ДНК, чтобы найти различия среди видов. Степень вариации, обеспечивающая информацию о том, когда различные виды отличались друг от друга, потому что ДНК имеет тенденцию мутировать с установленной скоростью с течением времени. Чем больше различий существует между видами, тем дольше назад их эволюционные пути расходились.
Выводы команды были несколько удивительными: как оказалось, предок розовых вьюрков, группы евразийских видов птиц, был ближайшим родственником всех гавайских видов медоносных растений. Зяблики основателей, вероятно, иммигрировали на Гавайские острова где-то между 7, 2 млн и 5, 8 млн лет назад.
Необычная геология на Гавайях сыграла роль в быстрой эволюции многих последовавших за ней видов медоносных растений. Вулканические острова формировались один за другим, так как Тихоокеанская тектоническая плита тянется через «горячую точку» магмы, и каждый новый остров предоставляет новую возможность для колонизации.
«Время, которое мы получаем из нашей калибровки, говорит о том, что они достигли времени формирования Кауаи», - говорит Флейшер. «Но они действительно не начали ускорять процесс расщепления на разные линии, пока не сформировался остров Оаху, когда у вас теперь внезапно появился чистый лист открытой среды обитания». Между 4 и 2, 5 миллионами лет назад анализ ДНК указывает, что медоносы пережили быстрый период видообразования, при этом различные виды развивали новые формы купюр и другие особенности, чтобы использовать в своих интересах много новых доступных ниш.
В последние годы виды медоносных растений сильно пострадали от потери среды обитания и других проблем, связанных с развитием человека, при этом 38 видов вымерли. Исследовательская группа планирует использовать эти методы анализа ДНК с образцами, взятыми из вымерших музейных образцов, чтобы увидеть, как виды вписываются в эволюционное генеалогическое древо.
