Ново изследване открива следи от изчезването на динозаврите в геномите на птиците.
Рядък посетител, мандаринска патица, се появи в Сентрал парк, Ню Йорк през 2018 г. / Кредит: Vicki Jauron, Babylon and Beyond Photography чрез Getty Images
Днес на Земята живеят хиляди видове птици – от около 10 000 до 18 000, в зависимост от това как дефинирате „видовете“. Вкаменелостите предполагат, че почти цялото това пернато, летящо разнообразие се е появило след последното голямо изчезване преди 66 милиона години, когато астероид разтърсил планетата и унищожил динозаврите, различни от птиците. Само няколко птици – кокошки, щрауси и подобни на патици същества – успели да преминат границата на изчезване, давайки началото на главозамайващия набор от съвременните птици: от пойни птици , корвиди (семейство Вранови) до папагали.
И все пак това е дългогодишна биологична мистерия как се е развила тази бърза еволюция. Нови изследвания хвърлят светлина върху това разпространение на птици. Учените съобщават за модели на промяна на ДНК в дървото на живота на птиците, свързани с внезапния, огнен край на периода Креда, в проучване, публикувано в списание Science Advances. Това е първото публикувано доказателство до момента за големи промени в геномите на птиците, пряко произтичащи от събитието на изчезване, според водещия автор на изследването Джейкъб Берв, еволюционен биолог от Мичиганския университет.
„Използваме нови статистически модели, за да открием този конкретен вид модел в последователностите, които не сме успели да открием преди“, казва Берв пред Popular Science. „Това ни позволява да свържем големи промени в геномите на птиците с това масово изчезване по директен и много ясен начин, което досега не сме били в състояние да направим“, добавя той. И тези генетични сигнатури не са случайни, според изследването. Наблюдаваните промени в ДНК са свързани с промени в размера на тялото и родителските грижи, които може да са били ключови за успеха и диверсификацията на птиците, според вторичен анализ на Берв и колегите му.
Изчезването, отбелязващо края на Креда и началото на палеогенския период, е оставило очевидни признаци след себе си. Първо, има широкият 10 км кратер Чиксулуб в Мексико. След това има K-Pg граница в геоложкия запис, отделен слой богата на иридий скала. Разбира се, има и очевидното отсъствие на тиранозавър рекс, който се скита наоколо. (Въпреки това, не бъдете твърде тъжни за динозаврите, птиците - в крайна сметка - са динозаври). Сега изследователите са открили още едно парче от пъзела за това колко влиятелен е бил един голям астероид за Земята.
„Мисля, че като цяло сме подценили степента, до която тези събития на изчезване оформят съвременното разнообразие“, казва Ник Лонгрич, палеонтолог и еволюционен биолог от Университета на Бат в Англия. Лонгрич не е участвал в изследванията на Берв, но преди това е изучавал птиците, които не са успели да прекосят линията Креда-Палеоген. „Ние сме склонни да се съсредоточаваме върху ежедневните малки мутации – това, което наричаме микроеволюция – но вие ще погледнете назад през огромни периоди от време и ще видите, че тези много екстремни, редки събития са били изключително важни за стимулиране на еволюцията на живота на Земята. ” С новото проучване „интересното е, че можем да го открием“, добавя той.
Учените са използвали компютърен модел, за да анализират частични проби от генома от 198 съвременни вида птици, обхващащи целия птичи клас, събрани от музейни образци. В комбинация с информация от фосилните записи за времето на появата на определена линия, Берв и колегите му успяха да възстановят историята на еволюционните преходи и да разкрият „геномни вкаменелости“.
Подобни минали анализи са склонни да използват модели, изградени около предположения като това, че съотношението на A, T, G и G е относително стабилно по време на еволюцията и заместванията се случват само на случаен принцип. В действителност обаче T е много по-вероятно да се променят на C, отколкото на A, казва Сонал Сингхал, съавтор на изследването и еволюционен генетик в Калифорнийския държавен университет, Домингес Хилс. Новото проучване използва различен подход, отбелязва тя, използвайки модел, който не включва тези стандартни допускания и вместо това отчита най-вероятните промени в състава на ДНК.
Credit: DepositPhotos
С този подобрен модел те идентифицираха 17 различни големи промени в молекулярния състав в техния набор от данни. Петнадесет бяха групирани в рамките на 5 милиона години след изчезването на K-Pg, а 12 бяха пряко свързани с различия между птичи линии. „Много, много ясно е, че тези големи промени в състава на [ДНК] се случват за много кратък интервал“, казва Берв.
Оттам ученият използва модел на машинно обучение, за да свърже тези наблюдавани промени в генома с черти. Те откриха, че размерът на тялото и родителската грижа са силно повлияни от тези промени в ДНК. От всички таксони, които изследователите изследваха, те откриха, че птиците стават по-малки след свързаните с масовото изчезване генетични промени и че новоизлюпените стават по-малко зрели при появата си и по-зависими от родителските грижи. Размерът на мътене , или яденето на семена, също са значително свързани с наблюдаваните промени в ДНК.
Животът непосредствено след сблъсък с масивен астероид е труден. Един ден „вие сте свикнали с хубави, слънчеви дни от креда с красива гора и изобилна храна, а след това изведнъж се озовавате в този проклет адски пейзаж“, казва Даниел Ксепка, палеонтолог и куратор в музея на Брус в Кънектикът. Ксепка не е участвал в новото изследване, но преди това е изучавал диверсификацията на птиците. „Има много смисъл“, че проучването ще идентифицира такива промени в чертите, свързани със събитието на изчезване, казва той пред Popular Science, отбелязвайки, че размерът и родителската грижа вероятно са важни черти за управление на внезапна, много по-сурова реалност. По-малките птици изискват по-малко храна и гориво и могат да оцелеят с по-малко. И предишни изследвания показват, че по-малко зрелите новоизлюпени неинтуитивно се развиват и растат по-бързо, което също може да е било ключово за повишаване на репродуктивния успех през поколенията.
Увеличаването на яденето на семена е особено интересно откритие, казва Ксепка. Много растения загинали или не можели да растат, тъй като пепелта блокирала слънчевата светлина в края на Креда. Но семената биха останали като потенциален източник на храна поне няколко години. Възходът на зърноядството в генетичните данни подкрепя съществуващите теории, че клюнестите птици са оцелели и са се диверсифицирали поради способността си да се възползват от ресурс, който другите не са могли.
Отдавна се разбира, че масовите измирания създават масови възможности за нови организми да еволюират и да заемат незапълнени екологични ниши. Свят без сблъсък с астероид преди 66 милиона години вероятно би бил свят с много по-малко бозайници, например. Но това, което често се обсъжда по-малко, е как останките от възможността за изчезване могат да се вкоренят и фундаментално да диктуват курса на това, което следва още милиони и милиони години. „Еволюционните траектории на основните групи птици са кодирани и остават фиксирани от този момент“, казва Берв – неговото изследване демонстрира това.
И все пак има някои въпроси, които новото изследване не разрешава. Тъй като те разчитаха на частични – не пълни – геноми, Берв отбелязва, че проучването не идентифицира всяка голяма генетична промяна, която вероятно е настъпила в резултат на импактора Chicxulub. Той би искал да се върне и да проведе подобен анализ на ниво пълен геном, но в момента няма достъп до изчислителната мощност, от която се нуждае, за да го направи.
И има граница на грешка, вградена в изследванията на генетичното моделиране. Вкаменелостите са непълни и анализирането на съвременните генетични данни през призмата на това, което се е случило преди 66 милиона години, идва с много несигурност, както се вижда от скорошни открития, променящи парадигмата. „Тези модели и опити да се реконструират нещата. Те не са Божията истина“, казва Лонгрич. Въпреки че намира проучването за убедителен първоначален опит за използване на този нов метод и представяне на хипотеза за това как еволюцията на птиците може да е настъпила на границата K-Pg, той не е напълно убеден, че това е последната дума. Науката е непрекъснат, течен процес. И едно проучване не циментира хипотезата като факт, отбелязва Лонгрич. „Не бих заложил живота си, че тази филогенеза е правилна. Но бих се обзаложил на бира, че е – това е като това ниво на увереност“, казва той. „Има вкаменелости в Креда, които все още се опитваме да класифицираме. Но това е наистина интересна първа стъпка.“
След като последват още стъпки, ще получим още по-задълбочен поглед към далечното минало и как то все още отеква в настоящето. Един ден това може да ни помогне да декодираме това, което предстои. „Разбирането как еволюцията на живота е свързана с големи промени в историята на Земята е основен въпрос в биологията“, казва Берв. Някои изследвания показват, че вече е в ход ново, причинено от човека масово измиране и еволюцията на птиците може да ни предложи пътна карта, за да се подготвим за последствията. „Ако искаме да знаем как животът ще реагира на настоящи и бъдещи събития – нещо огромно като изменението на климата – единственият ресурс, на който трябва да разчитаме, е историята.“
Източник за статията
Днес на Земята живеят хиляди видове птици – от около 10 000 до 18 000, в зависимост от това как дефинирате „видовете“. Вкаменелостите предполагат, че почти цялото това пернато, летящо разнообразие се е появило след последното голямо изчезване преди 66 милиона години, когато астероид разтърсил планетата и унищожил динозаврите, различни от птиците. Само няколко птици – кокошки, щрауси и подобни на патици същества – успели да преминат границата на изчезване, давайки началото на главозамайващия набор от съвременните птици: от пойни птици , корвиди (семейство Вранови) до папагали.
И все пак това е дългогодишна биологична мистерия как се е развила тази бърза еволюция. Нови изследвания хвърлят светлина върху това разпространение на птици. Учените съобщават за модели на промяна на ДНК в дървото на живота на птиците, свързани с внезапния, огнен край на периода Креда, в проучване, публикувано в списание Science Advances. Това е първото публикувано доказателство до момента за големи промени в геномите на птиците, пряко произтичащи от събитието на изчезване, според водещия автор на изследването Джейкъб Берв, еволюционен биолог от Мичиганския университет.
„Използваме нови статистически модели, за да открием този конкретен вид модел в последователностите, които не сме успели да открием преди“, казва Берв пред Popular Science. „Това ни позволява да свържем големи промени в геномите на птиците с това масово изчезване по директен и много ясен начин, което досега не сме били в състояние да направим“, добавя той. И тези генетични сигнатури не са случайни, според изследването. Наблюдаваните промени в ДНК са свързани с промени в размера на тялото и родителските грижи, които може да са били ключови за успеха и диверсификацията на птиците, според вторичен анализ на Берв и колегите му.
Изчезването, отбелязващо края на Креда и началото на палеогенския период, е оставило очевидни признаци след себе си. Първо, има широкият 10 км кратер Чиксулуб в Мексико. След това има K-Pg граница в геоложкия запис, отделен слой богата на иридий скала. Разбира се, има и очевидното отсъствие на тиранозавър рекс, който се скита наоколо. (Въпреки това, не бъдете твърде тъжни за динозаврите, птиците - в крайна сметка - са динозаври). Сега изследователите са открили още едно парче от пъзела за това колко влиятелен е бил един голям астероид за Земята.
„Мисля, че като цяло сме подценили степента, до която тези събития на изчезване оформят съвременното разнообразие“, казва Ник Лонгрич, палеонтолог и еволюционен биолог от Университета на Бат в Англия. Лонгрич не е участвал в изследванията на Берв, но преди това е изучавал птиците, които не са успели да прекосят линията Креда-Палеоген. „Ние сме склонни да се съсредоточаваме върху ежедневните малки мутации – това, което наричаме микроеволюция – но вие ще погледнете назад през огромни периоди от време и ще видите, че тези много екстремни, редки събития са били изключително важни за стимулиране на еволюцията на живота на Земята. ” С новото проучване „интересното е, че можем да го открием“, добавя той.
Учените са използвали компютърен модел, за да анализират частични проби от генома от 198 съвременни вида птици, обхващащи целия птичи клас, събрани от музейни образци. В комбинация с информация от фосилните записи за времето на появата на определена линия, Берв и колегите му успяха да възстановят историята на еволюционните преходи и да разкрият „геномни вкаменелости“.
Подобни минали анализи са склонни да използват модели, изградени около предположения като това, че съотношението на A, T, G и G е относително стабилно по време на еволюцията и заместванията се случват само на случаен принцип. В действителност обаче T е много по-вероятно да се променят на C, отколкото на A, казва Сонал Сингхал, съавтор на изследването и еволюционен генетик в Калифорнийския държавен университет, Домингес Хилс. Новото проучване използва различен подход, отбелязва тя, използвайки модел, който не включва тези стандартни допускания и вместо това отчита най-вероятните промени в състава на ДНК.
С този подобрен модел те идентифицираха 17 различни големи промени в молекулярния състав в техния набор от данни. Петнадесет бяха групирани в рамките на 5 милиона години след изчезването на K-Pg, а 12 бяха пряко свързани с различия между птичи линии. „Много, много ясно е, че тези големи промени в състава на [ДНК] се случват за много кратък интервал“, казва Берв.
Оттам ученият използва модел на машинно обучение, за да свърже тези наблюдавани промени в генома с черти. Те откриха, че размерът на тялото и родителската грижа са силно повлияни от тези промени в ДНК. От всички таксони, които изследователите изследваха, те откриха, че птиците стават по-малки след свързаните с масовото изчезване генетични промени и че новоизлюпените стават по-малко зрели при появата си и по-зависими от родителските грижи. Размерът на мътене , или яденето на семена, също са значително свързани с наблюдаваните промени в ДНК.
Животът непосредствено след сблъсък с масивен астероид е труден. Един ден „вие сте свикнали с хубави, слънчеви дни от креда с красива гора и изобилна храна, а след това изведнъж се озовавате в този проклет адски пейзаж“, казва Даниел Ксепка, палеонтолог и куратор в музея на Брус в Кънектикът. Ксепка не е участвал в новото изследване, но преди това е изучавал диверсификацията на птиците. „Има много смисъл“, че проучването ще идентифицира такива промени в чертите, свързани със събитието на изчезване, казва той пред Popular Science, отбелязвайки, че размерът и родителската грижа вероятно са важни черти за управление на внезапна, много по-сурова реалност. По-малките птици изискват по-малко храна и гориво и могат да оцелеят с по-малко. И предишни изследвания показват, че по-малко зрелите новоизлюпени неинтуитивно се развиват и растат по-бързо, което също може да е било ключово за повишаване на репродуктивния успех през поколенията.
Увеличаването на яденето на семена е особено интересно откритие, казва Ксепка. Много растения загинали или не можели да растат, тъй като пепелта блокирала слънчевата светлина в края на Креда. Но семената биха останали като потенциален източник на храна поне няколко години. Възходът на зърноядството в генетичните данни подкрепя съществуващите теории, че клюнестите птици са оцелели и са се диверсифицирали поради способността си да се възползват от ресурс, който другите не са могли.
Отдавна се разбира, че масовите измирания създават масови възможности за нови организми да еволюират и да заемат незапълнени екологични ниши. Свят без сблъсък с астероид преди 66 милиона години вероятно би бил свят с много по-малко бозайници, например. Но това, което често се обсъжда по-малко, е как останките от възможността за изчезване могат да се вкоренят и фундаментално да диктуват курса на това, което следва още милиони и милиони години. „Еволюционните траектории на основните групи птици са кодирани и остават фиксирани от този момент“, казва Берв – неговото изследване демонстрира това.
И все пак има някои въпроси, които новото изследване не разрешава. Тъй като те разчитаха на частични – не пълни – геноми, Берв отбелязва, че проучването не идентифицира всяка голяма генетична промяна, която вероятно е настъпила в резултат на импактора Chicxulub. Той би искал да се върне и да проведе подобен анализ на ниво пълен геном, но в момента няма достъп до изчислителната мощност, от която се нуждае, за да го направи.
И има граница на грешка, вградена в изследванията на генетичното моделиране. Вкаменелостите са непълни и анализирането на съвременните генетични данни през призмата на това, което се е случило преди 66 милиона години, идва с много несигурност, както се вижда от скорошни открития, променящи парадигмата. „Тези модели и опити да се реконструират нещата. Те не са Божията истина“, казва Лонгрич. Въпреки че намира проучването за убедителен първоначален опит за използване на този нов метод и представяне на хипотеза за това как еволюцията на птиците може да е настъпила на границата K-Pg, той не е напълно убеден, че това е последната дума. Науката е непрекъснат, течен процес. И едно проучване не циментира хипотезата като факт, отбелязва Лонгрич. „Не бих заложил живота си, че тази филогенеза е правилна. Но бих се обзаложил на бира, че е – това е като това ниво на увереност“, казва той. „Има вкаменелости в Креда, които все още се опитваме да класифицираме. Но това е наистина интересна първа стъпка.“
След като последват още стъпки, ще получим още по-задълбочен поглед към далечното минало и как то все още отеква в настоящето. Един ден това може да ни помогне да декодираме това, което предстои. „Разбирането как еволюцията на живота е свързана с големи промени в историята на Земята е основен въпрос в биологията“, казва Берв. Някои изследвания показват, че вече е в ход ново, причинено от човека масово измиране и еволюцията на птиците може да ни предложи пътна карта, за да се подготвим за последствията. „Ако искаме да знаем как животът ще реагира на настоящи и бъдещи събития – нещо огромно като изменението на климата – единственият ресурс, на който трябва да разчитаме, е историята.“
Tags:
Наука