ПОРІВНЯННЯ ПОВНИХ ГЕНОМІВ УСІХ ВИДІВ ПІНГВІНІВ ДОПОМОГЛО УТОЧНИТИ ЇХ ПОХОДЖЕННЯ

ПОРІВНЯННЯ ПОВНИХ ГЕНОМІВ УСІХ ВИДІВ ПІНГВІНІВ ДОПОМОГЛО УТОЧНИТИ ЇХ ПОХОДЖЕННЯ

Біологія / Марія Азарова

Пінгвіни – родина нелітаючих морських птахів, що включає в себе 18 видів – вони давно цікавлять учених і громадськість, але їх еволюційна історія, залишається до кінця не вивченою. Відповісти на деякі питання про походження і розвиток цих тварин, що мешкають у відкритих водах Південної півкулі і які віддають перевагу прохолоді, спробувала міжнародна команда вчених з Чилі, Бразилії, США, Австралії, ПАР і Великобританії.

«Це єдина родина пірнаючих птахів, які відмовилися від польоту. Історія адаптації пінгвінів до різноманітного середовища проживання залишається суперечливою. «Ми використовували 22 нових геноми 18 видів пінгвінів, щоб реконструювати порядок, час і місце їх диверсифікації, відстежити зміни з плином часу і перевірити відповідну адаптацію в геномі», – пишуть автори роботи.

Для проведення досліджень біологи зібрали зразки крові і тканин цих птахів, що зберігаються в музеях і університетах всього світу, а потім секвенували й проаналізували їх повні геноми. Таким чином вдалося дізнатися, як розвивалися пінгвіни завдяки коливанням теплого і холодного клімату. «Мати еталонний геном – все одно що використовувати коробку з пазлом для його збірки: ви можете взяти всі крихітні частини й узгодити їх з еталонним геномом, – сказав Раурі Боуї, професор біології в Каліфорнійському університеті в Берклі і куратор Музею зоології хребетних в Берклі. – Ми зробили це з кожним з вивчених геномів ».

Учені остаточно підтвердили, що пінгвіни виникли 21-22 мільйони років тому, а поділ родів відбувся в ранньому міоцені (ця епоха почалася 23,03 мільйони років тому і закінчилася 5,333 мільйони років тому) в прохолодних прибережних районах Австралії та Нової Зеландії. Спорідненою ж з усіма існуючими видами пінгвінів виявилася група Aptenodytes (імператорські A. forsterii та королівські пінгвіни A. patagonicus): вони відділилися від інших видів і оселилися в холодних субантарктичних і антарктичних водах. Цей сценарій узгоджується з гіпотезою про те, що імператорські та королівські пінгвіни – сестринська група для всіх інших видів, а не тільки для пінгвінів Аделі Pygoscelis adeliae та пінгвінів-шкіперів P. papua.

Диверсифікації пінгвінів і географічній експансії їх допомогло посилення Антарктичної циркумполярної течії (АЦТ) 11,6 мільйонів років тому. Таким чином їм вдалося переміщатися по всьому Південному океану, заселяючи як холодні субантарктичні острови, так і більш теплі прибережні райони Південної Америки та Африки. При цьому більшість видів досягали своєї максимальної чисельності в міру того, як клімат ставав холоднішим, близько 40-70 тисяч років тому, під час останньої льодовикової епохи, адже багато пінгвінів воліють розмножуватися на снігу і льоду.

«Ми виявили міжвидову інтрогрессію (проникнення генів одного виду в генетичний фонд іншого виду. – Прим. ред.). Серед пінгвінів, у деяких випадках слідуючи напрямку АЦТ, й ідентифікували гени, що впливають на терморегуляцію, кисневий обмін і здатність пірнати, які зазнали адаптивної еволюції в міру того, як пінгвіни поступово займали різні в плані клімату місця проживання. <...> Пінгвіни змогли диверсифікувати, і сьогодні, здатні жити як при дев'яти градусах Цельсію у водах навколо Австралії та Нової Зеландії, при плюс 26 градусах на Галапагоських островах, так і при негативних температурах в Антарктиді», – розповіли біологи. За їх словами, найбільш «гібридними» є північні чубаті пінгвіни Eudyptes moseleyi та близькі їм види, які пережили як мінімум чотири інтрогресії.

Як підкреслив Боуї, оскільки пінгвінам потрібні були мільйони років, щоб зайняти такі різноманітні середовища проживання, зараз вони не зможуть адаптуватися досить швидко, щоб встигнути за швидкістю потепління Світового океану. Незважаючи на успішне поширення у Південній півкулі, багато популяцій цих птахів, сьогодні, знаходяться під загрозою зникнення.

Так, гніздові колонії імператорських пінгвінів в Антарктиді змушені переселитися через скорочення площі морського льоду, а в минулому році на континенті загинуло безліч пташенят пінгвінів Аделі. Чисельність груп, які мешкають на Галапагоських островах, скорочується через явища Ель-Ніньо, а в Новій Зеландії популяції рідкісних жовтооких пінгвінів Megadyptes antipodes піддаються нападам диких кішок.

«Протягом мільйонів років ми бачили, що різноманітність пінгвінів скорочувалася з підвищенням температури, але це відбувалося в довгостроковій перспективі, – зазначила Джуліана Віанне, доцент кафедри екосистем і навколишнього середовища Католицького університету Чилі в Сантьяго. – «Прямо зараз зміни клімату та навколишнього середовища відбуваються занадто швидко, щоб деякі види могли своєчасно відреагувати на це».

Вчені налаштовані продовжити свою роботу з вивчення генетичних варіацій і розрізнених популяцій пінгвінів, адже тепер вони мають повні послідовності їхніх геномів. «Пінгвіни, безумовно, дуже харизматичні. Але, сподіваюся, наші дослідження також приведуть до ефективнішого їх збереження», – підсумувала Віанне.

Стаття опублікована в журналі PNAS.