Dla Charlesa Darwina ptaki stanowiły okno na proces doboru naturalnego - i ostatecznie ewolucji. Po zaobserwowaniu niezwykłej zmienności dziobów między ziębami Wysp Galapagos w latach 30. XIX wieku brytyjski przyrodnik zauważył: „Widząc tę gradację i różnorodność struktury w jednej małej, blisko spokrewnionej grupie ptaków, naprawdę można sobie wyobrazić, że z pierwotnego niedoboru ptaków w archipelag, jeden gatunek został złapany i zmodyfikowany dla różnych celów. ”Jednak ponad 150 lat po Darwin ewolucyjne relacje między ptakami pozostają nieodpartą tajemnicą.
powiązana zawartość
- Ten 99-milionowy ptak współistniał z dinozaurami
W tym miesiącu koalicja naukowców zajmujących się ptakami uniwersyteckimi i rządowymi podejmie ambitne wysiłki, aby rozdzielić te relacje z nowo uruchomionym projektem OpenWings. Finansowany przez National Science Foundation projekt ma na celu stworzenie pełnego drzewa życia lub filogenezy dla światowych ptaków. Gromadząc informacje genetyczne dla wszystkich 10 560 gatunków ptaków, naukowcy mają nadzieję stworzyć lepszy obraz tego, jak ewoluowali nasi dotychczasowi ptasi przyjaciele z dinozaurów, które je poprzedzały, i jak mogą sobie radzić w przyszłości.
„Wiemy, że w ptasim drzewie życia występują nierówności”, mówi Terry Chesser, zoolog badawczy i członek USGS Biological Survey Unit, który pracuje w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej. W niektórych miejscach drzewa ptaki przemieszczały się od siebie na różne gałęzie znacznie szybciej niż w innych miejscach - różne linie różnicowały się szybciej i być może różne szybkości zmian w zależności od okresu historii. Niektóre cechy, takie jak upierzenie lub typ ciała, są związane z niektórymi z tych zmian, ale nie wiadomo dokładnie, jak to zrobić.
Projekt może również zmienić obecne rozumienie ewolucji ptaków, w tym duże pytania o to, kiedy ptaki zaczęły ewoluować od dinozaurów. Niektórzy naukowcy uważają, że ptaki i dinozaury zaczęły się rozdzielać przed wyginięciem kredy i paleogenu około 66 milionów lat temu, które zabiły dinozaury lądowe, podczas gdy inni uważają, że ptaki i dinozaury ptasie jeszcze nie specjalizowały się w tym czasie. Stworzenie pełnej filogenezy ptaków prawdopodobnie rozwiąże ten spór lub przynajmniej dostarczy nowych dowodów. Zespół projektu OpenWings będzie współpracować z paleontologiem w celu zintegrowania dowodów kopalnych, mówi Chesser.
Projekt ma na celu być jak dotąd najbardziej kompletnym ptasim drzewem życia i jest pierwszym, który zostanie wykonany na grupie zwierząt kręgowych. Obecnie Chesser mówi, że kiedy ludzie próbują zebrać drzewo dla ptaków, „kończą się tworzeniem drzewa z dużą ilością brakujących danych” i dodawaniem gatunków, które nie mają danych wskazujących, gdzie powinni iść, biorąc pod uwagę ich obecne taksonomie, które ustalono na podstawie cech obserwacyjnych, a nie genetycznych. Inny projekt, B10k, próbuje zsekwencjonować kompletne „genomy odniesienia” dla wszystkich gatunków ptaków, ale jak dotąd osiągnęło tylko około 300.
Robienie genomów referencyjnych to gigantyczne zadanie, podczas gdy to, co zrobi projekt OpenWings, jest nieco łatwiejsze do zarządzania, mówi Rebecca Kimball, biolog ewolucyjny z University of Florida, który współpracuje przy projekcie OpenWings. Będzie to również otwarty dostęp, co oznacza, że ornitologowie z całego świata mogą korzystać z wyników - które zostaną opublikowane w formie wykresów, a nie w jednej partii pod koniec projektu - aby głębiej przyjrzeć się konkretnym gałęziom rodziny ptaków drzewo. Niektóre mniej rozumiane grupy ptaków „zasługują na więcej uwagi niż będziemy w stanie dać im w tym badaniu na dużą skalę”, mówi Kimball.
„Indywidualnie każdy z nas ma gatunki [ptaków], które kochamy i którymi jesteśmy zainteresowani”, mówi, ale zadawanie dużych pytań oznacza, że naukowcy nie mogą skupić się na konkretnych rodzinach ptaków w projekcie OpenWings. Uczynienie dostępu do danych oznacza, że praca prawdopodobnie będzie nadal wykonywana, mówi.
Strzyżyki rufowe. Smithsonian's Division of Birds mieści i utrzymuje trzecią co do wielkości kolekcję ptaków na świecie, z ponad 625 000 okazów. (NMNH / Smithsonian Institution) Sekwencjonowanie informacji genetycznej dla ponad 10 000 wszystkich gatunków ptaków jest nadal ogromnym przedsięwzięciem, a coś, co stało się możliwe tylko dzięki najnowszym postępom w analizie genetycznej, mówi Chesser. Aby przeprowadzić to szeroko zakrojone badanie, naukowcy będą musieli wyzerować określone sekwencje DNA, które są nazywane regionami „ultrakonserwowanymi”. Te regiony DNA przetrwały po poprzednich wydarzeniach specjacyjnych, kiedy nowe gatunki ptaków przybyły, aby usiąść na nowych gałęziach drzewa, i oferują sposób spojrzenia wstecz na relacje genetyczne.
Chesser mówi, że ten projekt nie byłby możliwy bez starannego gromadzenia i konserwacji muzeów. Współpracownicy OpenWings reprezentują instytucje z ogromną kolekcją okazów ptaków, w tym Field Museum of Natural History, American Museum of Natural History i National Museum of Natural History Smithsonian Institution. Obejmują one także szybko rosnące zbiory na uniwersytetach - zwłaszcza Kansas University i Louisiana Student University's Museum of Natural Science.
Kimball twierdzi, że od lat 80. muzea konserwują próbki DNA z okazów w swoich zbiorach wraz z poddanymi obróbce ciałami samych próbek. Dla wielu gatunków to właśnie z tego materiału genetycznego będzie pochodzić. W innych przypadkach, w których próbki zostały pobrane, zanim stało się to normą, Cresser mówi, że polegać będą na nieoczekiwanej części ptaków: ich szponach. Jak twierdzi, najlepszym sposobem na uzyskanie dowodów genetycznych z zachowanego okazu jest „odcięcie kawałka płatków na palcach ptaków”.
W tym momencie badacze projektu wciąż zastanawiają się, które instytucje mają okazy ptaków, mówi Cresser. Mówi, że większość tego rodzaju badań wykorzystuje dziesiątki lub setki gatunków - jak badanie z 2015 r. Opublikowane w Nature, które położyło podwaliny, tworząc drzewo życia dla 198 gatunków ptaków. Koordynacja tysięcy wymaga nieco więcej pracy, szczególnie gdy jesteś w zespole reprezentującym 10 głównych uczestniczących instytucji.
Erich Jarvis, neurobiolog z The Rockefeller University, który prowadzi B10K, powiedział Elizabeth Pennisi Science, że jego zdaniem tylko podejście oparte na całym genomie może wygenerować solidne drzewo dla ptaków, ponieważ obejmuje ono wszelkiego rodzaju informacje genetyczne zakodowane w DNA ptaka . Ale inni naukowcy przyznali Pennisi, że jest to znacząca poprawa w stosunku do tego, co obecnie badacze ptaków: to i jest w pełni finansowane, czego B10K nie ma.
„To pokazuje skuteczność i fundamentalne znaczenie ciągłych działań związanych z kolekcjonowaniem muzeów”, mówi ewolucyjny ornitolog Uniwersytetu Yale, Richard Prum, współautor artykułu z 2015 roku. „To konsorcjum obejmuje większość największych naturalnych kolekcji tkanek na świecie”, mówi Prum, który nie uczestniczy w projekcie OpenWings.
Prum dodaje, że nadszedł czas, aby ktoś stworzył pełną filogenezę ptasią. Dzięki nowej technologii genetycznej jest bardziej wykonalny niż kiedykolwiek wcześniej, nawet jeśli skala jest niespotykana, mówi. W końcu metody już istnieją: wystarczy po prostu wszystko połączyć. Ten rodzaj pracy może zmienić sposób rozumienia ptaków, co ma wpływ na ich ochronę, a także na ich historię ewolucji.
Pomysły Darwina na temat ewolucji były oparte na obserwowalnych cechach jego zięb. Ale poza tymi obserwowalnymi cechami są warstwy i warstwy relacji genetycznych, a bez praktycznej wiedzy genetyki były one przed nim ukryte. Dzięki tej nowej technologii można zobaczyć, jak nawet gatunki, które wyglądają i zachowują się inaczej, mogą być blisko spokrewnione. Wykonanie całego drzewa „przyspieszy badania filogenetyki”, mówi Chesser, ale również pomoże w ochronie w bezpośredni sposób.
„Jednym z kryteriów często stosowanych w planowaniu ochrony jest odrębność filogenetyczna”, mówi, „tak, że obszary, które obejmują gatunki z ich własnych odrębnych gałęzi ewolucyjnych, często mają większą wagę w planowaniu ochrony”. Projekt OpenWings pokaże, jak różne są filogenetycznie różne gatunki naprawdę są. „Informacje te powinny być bardzo przydatne dla ekologów przy dokonywaniu oceny, które obszary lub gatunki należy traktować priorytetowo”, mówi
