Сравнение полных геномов всех видов пингвинов помогло уточнить их происхождение

Пингвины — семейство нелетающих морских птиц, включающее в себя 18 видов — давно интересуют ученых и общественность, но их эволюционная история, однако, остается до конца не изученной. Ответить на некоторые вопросы о происхождении и развитии этих животных, обитающих в открытых водах Южного полушария и предпочитающих прохладу, попыталась международная команда ученых из Чили, Бразилии, США, Австралии, ЮАР и Великобритании, исследование которых представлено в журнале PNAS.

“Это единственное сохранившееся семейство отказавшихся от полета ныряющих птиц. История адаптации пингвинов к столь разнообразной среде обитания остается противоречивой. Мы использовали 22 новых генома 18 видов пингвинов, чтобы реконструировать порядок, время и место их диверсификации, отследить изменения с течением времени и проверить соответствующую адаптацию в геноме”, — пишут авторы работы.

Для проведения исследования биологи собрали образцы крови и тканей этих птиц, хранящиеся в музеях и университетах по всему миру, а затем секвенировали и проанализировали их полные геномы. Таким образом получилось узнать, как развивались пингвины благодаря колебаниям теплого и холодного климата. «Иметь эталонный геном — все равно что использовать коробку с пазлом для его сборки: вы можете взять все крошечные части и согласовать их с эталонным геномом, — сказал Раури Боуи, профессор биологии в Калифорнийском университете в Беркли и куратор Музея зоологии позвоночных в Беркли. — Мы сделали это с каждым из изученных геномов».

Ученые окончательно подтвердили, что пингвины возникли 21-22 миллиона лет назад, а разделение родов произошло в раннем миоцене (эта эпоха началась 23,03 миллиона лет назад и закончилась 5,333 миллиона лет назад) в прохладных прибрежных районах Австралии и Новой Зеландии. Родственной же всем существующим видам пингвинов оказалась группа Aptenodytes (императорские и королевские): они отделились от других видов и поселились в холодных субантарктических и антарктических водах. Этот сценарий согласуется с гипотезой о том, что императорские и королевские пингвины — сестринская группа для всех других видов, а не только для пингвинов Адели и папуанских.

Диверсификации пингвинов и географической экспансии помогло усиление Антарктического циркумполярного течения (АЦТ) 11,6 миллиона лет назад. Таким образом им удалось перемещаться по всему Южному океану, заселяя как холодные субантарктические острова, так и более теплые прибрежные районы Южной Америки и Африки. При этом большинство видов достигали своей максимальной численности по мере того, как климат становился холоднее, около 40-70 тысяч лет назад, во время последней ледниковой эпохи, ведь многие пингвины предпочитают размножаться на снегу и льду.

“Мы обнаружили межвидовую интрогрессию (проникновение генов одного вида в генетический фонд другого вида. — Прим. ред.) среди пингвинов, в некоторых случаях следуя направлению АЦТ, и идентифицировали гены, влияющие на терморегуляцию, кислородный обмен и способность нырять, которые претерпели адаптивную эволюцию по мере того, как пингвины постепенно занимали разные в плане климата места обитания. <…> Пингвины смогли диверсифицироваться и сегодня способны жить как при девяти градусах Цельсия в водах вокруг Австралии и Новой Зеландии, при плюс 26 градусах на Галапагосских островах, так и при отрицательных температурах в Антарктиде и других странах”, — рассказали биологи. По их словам, наиболее “гибридными” являются северные хохлатые пингвины и близкие им виды, которые пережили как минимум четыре интрогрессии.

Как подчеркнул Боуи, поскольку пингвинам потребовались миллионы лет, чтобы занять такие разнообразные среды обитания, сейчас они не смогут адаптироваться достаточно быстро, чтобы успеть за скоростью потепления Мирового океана. Несмотря на успешное распространение по Южному полушарию, многие популяции этих птиц сегодня находятся под угрозой исчезновения.

Так, гнездовые колонии императорских пингвинов в Антарктиде были вынуждены переселиться из-за сокращения площади морского льда, а в прошлом году на континенте погибло множество птенцов пингвинов Адели. Численность групп, обитающих на Галапагосских островах, сокращается из-за явления Эль-Ниньо, а в Новой Зеландии популяции редких желтоглазых (или великолепных) пингвинов подвергаются нападениям диких кошек.

«На протяжении миллионов лет мы видели, что разнообразие пингвинов сокращалось с повышением температуры, но это происходило в долгосрочной перспективе, — отметила Джулиана Вианна, доцент кафедры экосистем и окружающей среды Католического университета Чили в Сантьяго. — Прямо сейчас изменения климата и окружающей среды происходят слишком быстро, чтобы некоторые виды могли своевременно реагировать на это”.

Ученые настроены продолжить свою работу по изучению генетических вариаций и разрозненных популяций пингвинов, ведь теперь они имеют полные последовательности их геномов. «Пингвины, безусловно, очень харизматичны. Но, надеюсь, наши исследования также приведут к лучшему их сохранению», — подытожила Вианна.