Ученые реконструировали эволюционную историю пингвинов

В новом исследовании международная группа ученых использовала 22 недавно секвенированных генома 18 существующих видов пингвинов, чтобы реконструировать историю их диверсификации и адаптации. Авторы обнаружили, что древние пингвины разошлись в эпоху раннего миоцена в Австралии и Новой Зеландии, и определили императорских и королевских пингвинов, два самых крупных вида, как сестринскую группу всем остальным существующим пингвинам.

Пингвины, единственное сохранившееся семейство нелетающих ныряющих птиц, в настоящее время насчитывает не менее 18 видов, распространенных от полярных до тропических сред в южном полушарии.

История их диверсификации и адаптации к этой разнообразной среде остается противоречивой.

«Мы можем показать, как пингвины смогли диверсифицироваться, чтобы занять невероятно разные термальные среды, в которых они живут сегодня, от 9 градусов по Цельсию в водах вокруг Австралии и Новой Зеландии до отрицательных температур в Антарктиде и до 26 градусов на Галапагосских островах», — сказала старший автор, профессор Раури Боуи, исследователь Калифорнийского университета в Беркли и куратор Музея зоологии позвоночных.

«Но мы хотим подчеркнуть, что пингвинам потребовались миллионы лет, чтобы занять такие разнообразные среды обитания, и со скоростью потепления океанов пингвины не смогут адаптироваться достаточно быстро, чтобы успевать за изменением климата».

В ходе исследования профессор Боуи и ее коллеги собрали образцы крови и тканей 22 пингвинов, представляющих 18 видов, а затем секвенировали и проанализировали их полные геномы.

Исследователи обнаружили, что пингвины возникли в прохладных прибрежных районах Австралии и Новой Зеландии, а не в холодной Антарктиде, как думали многие ученые, и они указывают на происхождение пингвинов примерно 22 миллиона лет назад.

Генетические данные показывают, что предки королевских и императорских пингвинов вскоре отделились от других пингвинов и переселились в субантарктические и антарктические воды соответственно, предположительно, чтобы воспользоваться обильными пищевыми ресурсами.

Этот сценарий согласуется с оспариваемой гипотезой о том, что эти два вида являются сестринской группой по отношению ко всем другим линиям пингвинов.

«Было очень приятно иметь возможность разрешить филогенез, который обсуждался долгое время», — сказала профессор Боуи.

Другие пингвины разделились на виды и широко распространились по южным океанам после того, как около 12 миллионов лет назад полностью открылся пролив Дрейка между Антарктидой и южной оконечностью Южной Америки.

Открытие ускорило антарктическое циркумполярное течение по часовой стрелке, что позволило этим нелетающим птицам плавать с океанскими течениями по всему южному океану, заселяя как холодные субантарктические острова, так и более теплые прибрежные районы Южной Америки и Африки, где они населяли береговые линии. и отдаленные острова с холодной, восходящей, богатой питательными веществами водой.

Ученые также определили, что несколько групп пингвинов скрещивались на протяжении своей эволюционной истории.

Благодаря обмену генетическим материалом у пингвинов могли быть общие генетические черты, которые способствовали диверсификации пингвинов в условиях больших температурных градиентов и градиентов солености, встречающихся в южных океанах.

Наиболее гибридными являются пингвины рокхоппера и их близкие родственники, которые за миллионы лет пережили не менее четырех вторжений.

Авторы также определили генетические адаптации, которые позволили пингвинам процветать в новых и сложных условиях, включая изменения в генах, отвечающих за регулирование температуры тела, что позволило им адаптироваться к отрицательным температурам в Антарктике, а также к тропическим температурам вблизи экватора; потребление кислорода, позволяющее совершать более глубокие погружения; и осморегуляция, чтобы они могли выжить в морской воде без необходимости искать пресную воду.

Новые аналитические инструменты помогли команде ученых сделать выводы о размерах древних популяций пингвинов, насчитывающих около 1 миллиона лет.

Большинство видов пингвинов увеличилось до своей максимальной численности по мере того, как мир охладился от 40 000 до 70 000 лет назад во время последнего оледенения — многие виды предпочитают размножаться на снегу и льду, — а численность некоторых из них увеличилась во время предыдущего периода оледенения 140 000 лет назад.

Популяции двух видов — генту (субантарктический пингвин) и галапагосских пингвинов — сокращаются, по крайней мере, в течение последнего миллиона лет.

«На протяжении миллионов лет мы видели, что разнообразие пингвинов уменьшалось с повышением температуры, но это было в долгосрочной перспективе», — говорят ученые.

«В настоящее время изменения климата и окружающей среды происходят слишком быстро, чтобы некоторые виды могли отреагировать на изменение климата».

Juliana A. Vianna et al. Genome-wide analyses reveal drivers of penguin diversification. PNAS, published online August 17, 2020; doi: 10.1073/pnas.2006659117