Kilka milionów lat temu na Wyspy Hawajskie przybył prekursor grupy śpiewających ptaków zwanych wiciokrzewami. Ptaki rozdzieliły się na różne gatunki, aby wypełnić różnorodne nisze, utrzymując się od wszystkiego - od pędraków po sok z drzew i nektar z kwiatów tropikalnych. Ale do niedawna naukowcy nie wiedzieli dokładnie, w jaki sposób różne obecnie istniejące gatunki miodu są powiązane ze sobą - ani jaki ptak z lądu był ich najbliższym przodkiem.
Nowe badanie przeprowadzone przez zespół naukowców Smithsona, opublikowane w Current Biology, poskładało tę łamigłówkę i rozwiązało zagadkę. „Promieniowanie to jest jednym z naturalnych skarbów naukowych, które archipelag oferuje w środkowej części Pacyfiku”, mówi dr Heather Lerner, profesor w Earlham College, który pracował nad badaniem jako doktor habilitowany w Smithsonian Conservation Biology Institute z Robem Fleischerem i Helen James.
Większość gatunków wiciokrzewu ma jasne kolory i śpiewa kanaryjską piosenkę. Ale poza tym są niezwykle zróżnicowane. „Masz gatunki o strukturze plastra miodu przystosowane do potrzeb nektarników, podczas gdy inni jedzą nasiona, owoce, a nawet ślimaki” - mówi Lerner. „Masz kilka rodzajów rachunków, które są unikalne wśród ptaków.”
Podobnie jak słynne zięby, które Darwin badał na Wyspach Galapagos, naukowcy od dawna uważali pszczoły miodne za podręcznikowy przykład promieniowania adaptacyjnego - grupy gatunków, które ewoluowały, aby wypełnić różne nisze po przybyciu do nowego siedliska. „Próbując zrozumieć całą tę różnorodność, jeśli nie rozumiesz, jak i kiedy ewoluowała, naprawdę nie możesz przetestować wielu hipotez”, mówi Lerner. „Filogeneza - indywidualne relacje między gatunkami - są fundamentalne”.
Aby rozpocząć rozwiązywanie tej tajemnicy, zespół badawczy zebrał próbki DNA od wielu różnych ptaków. Oprócz pobierania próbek od wszystkich 18 żywych gatunków pszczelich - i jednej niedawno wymarłej grupy - pobrano DNA od 28 gatunków ptaków, które wydają się mieć podobne cechy fizyczne do pszczelich lub mają podobny zasięg.
Następnie naukowcy zastosowali najnowocześniejsze techniki sekwencjonowania DNA, z których niektóre opracowano w ciągu ostatnich kilku lat. Metody te były kluczowe, ponieważ uporządkowanie splątanych relacji między różnymi gatunkami wymagało ogromnej ilości DNA w celu znalezienia podobieństw i różnic w kodach genetycznych. „Bylibyśmy w laboratorium na zawsze, gdybyśmy nie zastosowali nowych technologii” - mówi Lerner. „Więc zrobiliśmy to, zamiast kopiować może 500 par zasad DNA na raz lub 1000, zrobiliśmy od 10 000 do 12 000 na raz. To całkowita rewolucja pod względem sekwencjonowania DNA. ”
Naukowcy zbadali szereg miejsc w DNA, aby znaleźć różnice między gatunkami. Stopień zmienności dostarczający informacji o tym, kiedy różne gatunki rozeszły się od siebie, ponieważ DNA ma tendencję do mutacji w ustalonym tempie w czasie. Im więcej różnic istnieje między gatunkami, tym dłużej ich ścieżki ewolucyjne były rozbieżne.
Ustalenia zespołu były nieco zaskakujące: jak się okazało, przodek dzikiej róży, grupa gatunków ptaków eurazjatyckich, był najbliższym krewnym wszystkich hawajskich gatunków wiciokrzewu. Zięby założycieli prawdopodobnie wyemigrowały na Wyspy Hawajskie między 7, 2 a 5, 8 miliona lat temu.
Niezwykła geologia Hawajów odegrała ważną rolę w szybkiej ewolucji wielu późniejszych gatunków miodu. Wyspy wulkaniczne tworzyły się jeden po drugim, gdy płytę tektoniczną Pacyfiku przeciąga się przez „gorące miejsce” magmy, a każda nowa wyspa stwarza nową okazję do kolonizacji.
„Czas, który otrzymujemy z naszej kalibracji, sugeruje, że dotarli tam mniej więcej w czasie, w którym formował się Kaua'i”, mówi Fleischer. „Ale tak naprawdę nie zaczęli przyspieszać procesu podziału na różne linie, dopóki nie powstała wyspa Oahu, kiedy nagle pojawiła się pusta tablica otwartych siedlisk”. Od 4 do 2, 5 miliona lat temu analiza DNA wskazuje, że pszczoły miodne przeszły szybki okres specjacji, a różne gatunki ewoluowały nowe kształty dziobów i inne cechy, aby skorzystać z wielu nowych dostępnych nisz.
W ostatnich latach gatunki o strukturze plastra miodu znacznie ucierpiały z powodu utraty siedlisk i innych problemów związanych z rozwojem człowieka, a 38 gatunków wymarło. Zespół badawczy planuje wykorzystać te techniki analizy DNA z próbkami pobranymi z wymarłych okazów muzealnych, aby sprawdzić, gdzie gatunek pasuje do ewolucyjnego drzewa genealogicznego.
