Для Чарльза Дарвина птицы открыли окно в процесс естественного отбора и, в конечном итоге, эволюцию. Наблюдая за замечательной вариацией клювов среди зябликов Галапагосских островов в 1830-х годах, британский натуралист заметил: «Видя эту градацию и разнообразие структуры в одной небольшой, тесно связанной группе птиц, можно было бы по-настоящему представить, что из-за первоначальной нехватки птиц в этот архипелаг, один вид был взят и изменен для разных целей ». Тем не менее, спустя более 150 лет после Дарвина, эволюционные отношения между птицами остаются непреодолимой загадкой.
Связанный контент
- Эта 99-миллионная птица сосуществовала с динозаврами
В этом месяце коалиция университетских и государственных ученых-птичников начнет амбициозные усилия, чтобы разорвать эти отношения с недавно начатым проектом OpenWings. Финансируемый Национальным научным фондом, проект ставит своей целью создание полного дерева жизни, или филогении, для птиц мира. Собирая генетическую информацию для всех 10 560 видов птиц, исследователи надеются создать лучшую картину того, как наши ныне существующие птичьи друзья эволюционировали от предшествующих им динозавров, и как они могли бы жить в будущем.
«Мы знаем, что в птичьем древе жизни есть неровности», - говорит Терри Чессер, исследовательский зоолог и сотрудник отдела биологических исследований USGS, который работает в Национальном музее естественной истории. В некоторых местах на дереве птицы расходились друг от друга на разные ветви гораздо быстрее, чем в других местах - разные линии различаются быстрее и, возможно, разные скорости изменения в зависимости от периода истории. Некоторые характеристики, такие как оперение или тип тела, связаны с некоторыми из этих изменений, но точно не известно, как именно.
Проект также может изменить текущее понимание эволюции птиц, включая большие вопросы о том, когда птицы начали эволюционировать от динозавров. Некоторые ученые считают, что птицы и динозавры начали разделяться до исчезновения мелово-палеогенного периода около 66 миллионов лет назад, в результате которого погибли наземные динозавры, в то время как другие полагают, что птицы и птичьи динозавры еще не размножались в то время. Создание полной филогении птиц, вероятно, разрешит этот спор или, по крайней мере, предложит новые доказательства. По словам Чессера, команда проекта OpenWings будет работать с палеонтологом над интеграцией ископаемых веществ.
Проект нацелен на то, чтобы быть самым полным птичьим древом жизни на сегодняшний день, и первым будет сделан на группе позвоночных животных. В настоящее время, говорит Чессер, когда люди пытаются собрать дерево для птиц, они «заканчивают тем, что создали дерево с большим количеством недостающих данных» и добавили виды, у которых нет данных, указывающих, куда они должны идти, учитывая их текущие таксономии, которые были решены на основе наблюдательных, а не генетических характеристик. Другой проект, B10k, пытается упорядочить полные «эталонные геномы» для всех видов птиц, но до сих пор его всего около 300.
Выполнение эталонных геномов - гигантская задача, в то время как то, что будет делать проект OpenWings, немного более управляемо, говорит Ребекка Кимбалл, биолог-эволюционист из Университета Флориды, который сотрудничает с проектом OpenWings. Это также будет открытый доступ, а это означает, что орнитологи со всего мира могут использовать результаты, которые будут публиковаться по мере их составления, а не в виде одной партии в конце проекта, чтобы глубже изучить конкретные ветви семейства птиц. дерево. Некоторые менее понятые группы птиц «заслуживают большего внимания, чем мы сможем дать им в этом широкомасштабном исследовании», - говорит Кимбалл.
«По отдельности у каждого из нас есть виды [птиц], которые мы любим и в которых заинтересованы», - говорит она, но задавая большие вопросы, исследователи не могут сосредоточиться на конкретных семействах птиц в проекте OpenWings. По ее словам, создание открытого доступа к данным означает, что работа, вероятно, все еще будет выполнена.
Руфус-дремал Смитсоновский отдел птиц хранит и поддерживает третью по величине коллекцию птиц в мире, насчитывающую более 625 000 экземпляров. (NMNH / Смитсоновский институт) По словам Чессера, секвенирование генетической информации для более чем 10 000 видов птиц по-прежнему является огромным делом, и это стало возможным только благодаря недавним достижениям в области генетического анализа. Чтобы провести это широкомасштабное исследование, исследователи должны сосредоточиться на конкретных последовательностях ДНК, которые называются «ультраконсервативными» областями. Эти области ДНК являются теми, которые перенесли от предыдущих событий видообразования, когда новые виды птиц пришли, чтобы сесть на новые ветви дерева, и предложить способ оглянуться назад на генетические отношения.
По словам Чессера, этот проект был бы невозможен без тщательного сбора и сохранения музеев. Сотрудники OpenWings представляют учреждения с обширными коллекциями образцов птиц, включая Полевой музей естественной истории, Американский музей естественной истории и Национальный музей естественной истории Смитсоновского института. Они также включают в себя быстро растущие коллекции в университетах, особенно в Канзасском университете и Музее естествознания Луизианского студенческого университета.
По словам Кимбалла, с 1980-х годов музеи хранят образцы ДНК из образцов в своих коллекциях, а также обработанные тела самих образцов. Для многих видов это откуда генетический материал. В других случаях, когда образцы собирались до того, как это стало нормой, Крессер говорит, что они будут полагаться на неожиданную часть птиц: их когти. По его словам, лучший способ получить генетические доказательства из сохранившегося экземпляра, который был найден до сих пор, - «отрезать кусок лапок на пальцах птиц».
На данный момент исследователи проекта все еще выясняют, в каких учреждениях есть образцы птиц, говорит Крессер. По его словам, во многих исследованиях такого рода используются десятки или сотни видов, например, исследование, опубликованное в журнале Nature в 2015 году, заложило основу, сделав древо жизни для 198 видов птиц. Координация тысяч требует немного больше работы, особенно когда вы в команде, представляющей 10 основных участвующих учреждений.
Эрих Джарвис, нейробиолог из Университета Рокфеллера, который возглавляет B10K, сказал Элизабет Пенниси из Science, что он думает, что только геномный подход может создать устойчивое дерево для птиц, потому что оно охватывает все виды генетической информации, закодированной в ДНК птицы., Но другие ученые признали Pennisi, что это заметное улучшение в том, что сейчас есть у исследователей птиц: это, и это полностью финансируется, а B10K - нет.
«Это показывает эффективность и фундаментальную важность текущих усилий по сбору музейных коллекций», - говорит эволюционный орнитолог Йельского университета Ричард Прум, соавтор статьи 2015 года. «Этот консорциум включает в себя большинство крупнейших коллекций натуральных тканей в мире», - говорит Прум, который не участвует в проекте OpenWings.
Прум добавляет, что настало время, когда кто-то создал полную филогению птиц. С новой генетической технологией это становится более выполнимым, чем когда-либо прежде, даже если масштаб беспрецедентен, говорит он. В конце концов, методы уже существуют: это всего лишь вопрос объединения всего этого. Такая работа может изменить понимание птиц, что имеет значение для их сохранения, а также для их эволюционной истории.
Идеи Дарвина об эволюции были основаны на наблюдаемых характеристиках его зябликов. Но за этими наблюдаемыми характеристиками лежат слои и слои генетических отношений, и без практического знания генетики они были скрыты от него. С помощью этой новой технологии можно увидеть, как даже виды, которые выглядят и ведут себя по-разному, могут быть тесно связаны. Создание целого дерева «продвинет изучение филогенетики», говорит Чессер, но это также поможет сохранению прямым способом.
«Одним из критериев, часто используемых в планировании сохранения, является филогенетическая особенность, - говорит он, - так что области, которые включают виды на их собственных отдельных эволюционных ветвях, часто получают больший вес в планировании сохранения». Проект OpenWings покажет, насколько филогенетически различаются виды действительно есть. «Эта информация должна быть очень полезной для защитников природных ресурсов при оценке приоритетных областей или видов», - говорит он.
