05/04/2024
!!!
Zmiany w drzewie filogenetycznym ptaków
Pomimo ogromnych wysiłków podejmowanych w ostatnich dekadach przez różnych badaczy, wzajemne pokrewieństwa pomiędzy głównymi grupami ptaków pozostawały przedmiotem burzliwych dyskusji, nie przynoszących ostatecznego rozwiązania. Rozbieżności wynikały z niedostatecznej liczby gatunków obejmowanych badaniami, stosowanych metod analiz filogenetycznych oraz wyborowi genomów. Wygląda jednak na to, że właśnie pojawiło się światełko w tunelu.
W prestiżowym periodyku Nature opublikowano właśnie zaktualizowane drzewo filogenetyczne ptaków wykonane w oparciu o kompleksowe badania, których skala jest nieporównywalna z wcześniejszymi (Stiller i in. 2024). W zespole naukowców znalazło się aż 52 czołowych ornitologów, genetyków i paleontologów z 49 instytutów i uniwersytetów. Czegoś takiego jeszcze nie było!
Naukowcy przeanalizowali genomy aż 363 gatunków ptaków należących do 218 rodzin czyli stanowiących 92% wszystkich. Badanie objęła więc prawie 100 miliardów nukleotydów, co stanowi 50-krotność największego dostępnego do tej pory zbioru danych obejmującego 48 gatunków. Dzięki temu naukowcy otrzymali bardzo wiarygodne drzewo filogenetyczne ptaków, które potwierdziło wcześniejsze przypuszczenia wielu badaczy, że nowoczesne ptaki doświadczyły bardzo szybkiej radiacji w pobliżu granicy kreda–paleogen (K–Pg), najprawdopodobniej zaraz po wyginięciu dinozaurów. Lokalne, a nie ekstensywne pobieranie próbek z poszczególnych taksonów było skuteczniejsze w rozwiązywaniu kłopotliwych węzłów. Badacze odkryli gwałtowny wzrost efektywnej wielkości populacji, wskaźników substytucji i względnej wielkości mózgu u ptaków, po wyginięciu dinozaurów. To potwierdza hipotezę, że pojawiające się możliwości ekologiczne po wielkim wymieraniu kredowym były katalizatorem dywersyfikacji dzisiejszych ptaków. Uzyskane w ten sposób szacunki filogenetyczne oferują nowatorski wgląd w radiację ptaków i dostarczają bogatego w taksony drzewa filogenetycznego, które będzie zapewne podstawą dla przyszłych badań porównawczych.
Badania wykazały też liczne rozbieżności z niektórymi wcześniejszymi badaniami zmieniając czas pojawienia się niektórych rzędów. Największą sensacją wydaje się jednak potwierdzenie bliższego związku dzisiejszych krótkonogich (Apodiformes), lelków, nocolotów, sowników i in. z ptakami siewkowymi (Charadriiformes) i żurawiowymi (Gruiformes). Pierwsze z nich tworzą razem ogromny klad Strisores a ostatnie dwa (siewkowe i żurawiowe) klad Cursorimorphae, obejmujący także hoacyny (Ophistocomiformes). Badacze proponują transfer kladu Strisores pomiędzy klady Cursorimorphae i Phaethontimorphae (faetony i slonecznice). Jest to o tyle ciekawe, że już jakiś czas zauważono pewien związek pomiędzy siewkowymi i krótkonogimi. Tym związkiem jest jedna cecha biochemiczna - tzw. ruchliwość elektroforetyczna enzymu dehydrogenazy jabłczanowej (Kitto i Wilson 1966, Mayr 2022). Dehydrogenaza jabłczanowa (w skrócie MDH) to enzym, który bierze udział w cyklu Krebsa – procesie, odgrywającym niezwykle ważną rolę w oddychaniu komórek i transporcie energii w ich obrębie. Enzym ten występuje bardzo obficie w wątrobie, sercu, mięśniach szkieletowych i mózgu. U wszystkich znanych ptaków ruchliwość elektroforetyczna tego enzymu jest bardzo podobna a wyjątkiem są tylko krótkonogie i siewkowe u których jest ona znacznie wolniejsza. Do dziś nie wiadomo jakie jest tego biologiczne i ewolucyjne znaczenie ale właśnie ta cech wskazywała na bliższe relacje siewkowych z krótkonogimi. Najnowsze badania zdają się potwierdzać ten związek a żeby było jeszcze ciekawiej wskazują, że „jerzykowo-kolibrowo-lelkowy” klad jest wczesnym odgałęzieniem linii ewolucyjnej prowadzącej do dzisiejszych ptaków wodnych – czyli kladu Aequornithes, obejmującego pelikanowe Pelecaniformes, rurkonose Procellariformes, pingwiny Sphenisciformes i nury Gaviformes. Jednak, jak zauważają naukowcy, z klad Strisores wciąż jest pod pewnymi względami problematyczny i proponowana zmiana może nie być ostateczna. Podobnie jest w przypadku innych grup np. szponiastych Accipitriformes i sów Strigiformes a także nandu Rheiformes. Ich pozycja taksonomiczna również może ulec zmianie.
Przeprowadzone badanie uzupełnia jeszcze jedno, które ukazało się prawie jednocześnie (Mirab i in. 2024) i dotyczyło tylko kladu Neoaves obejmującego wszystkie dzisiejsze ptaki oprócz paleognatycznych (Paleognathae) i drobiu (Galloanseres).
Na ilustracji zaktualizowane drzewo genealogiczne ptaków przedstawiające ich wzajemne powiązania oraz proces ich ewolucji na przestrzeni 93 milionów lat. Źródło zdjęcia: Jon Fjeldså / Josefin Stiller.
To już kolejne przełomowe badania taksonomiczne przeprowadzone w tym roku. Dlatego wydaje się prawie pewne, że rok 2024 przejdzie do historii jako przełomowy jeśli chodzi o odkrycia dotyczące ptasiej taksonomii. To rodzi nadzieje, że zachodzące w niej zmiany będą już coraz rzadsze.
Literatura:
Kitto G.B. i Wilson A.C. 1966. Evolution of malate dehydrogenase in birds. Science 153: 1408–1410.
Mayr G. 2022. Paleogene Fossil Birds – Second Edition. Springer Nature Switzerland AG: 80-81.
Mirarab, S. i in. 2024. A region of suppressed recombination misleads neoavian phylogenomics. PNAS 121: e2319506121. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319506121
Stiller, J. i in. 2024. Complexity of avian evolution revealed by family-level genomes. Nature, w druku. https://www.nature.com/articles/s41586-024-07323-1
