Неспособность бакланов к полету объяснили утратой цилий

Бакланы (Phalacrocorax) — род водоплавающих птиц, широко распространенных в прибрежных районах. Phalacrocorax включает в себя порядка 40 видов, только один из которых, галапагосский баклан (Phalacrocorax harrisi), не способен к полету. Морфологически последний отличается более короткими крыльями и плоской грудной клеткой. При этом, в отличие от других нелетающих птиц, например бескилевых и пингвинов, галапагосский баклан утратил способность летать сравнительно недавно — примерно два миллиона лет назад против 50 миллионов лет. Поэтому на примере P. harrisi исследователи имеют возможность более точно описать процесс нивелирования значимого эволюционного признака.

Чтобы выяснить причины утраты способности к полету, сотрудники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Южного университета Чили и других учреждений провели полногеномное секвенирование четырех видов бакланов: бигуанского (Phalacrocorax brasilianus), ушастого (Phalacrocorax auritus), берингова (Phalacrocorax pelagicus) и галапагосского. Для выявления мутаций, которые повлияли на утрату признака, авторы изучили ДНК этих таксонов и построили филогенетическое дерево. Результаты показали, что в процессе эволюции в геноме P. harrisi появились мутации в генах Evc, Ift122, Ofd1 и Wdr34, кодирующих белки, регулирующие работу цилий — внутриклеточных органелл.

У большинства эукариот цилии выполняют функцию чувствительной «антенны», модулирующей внутриклеточные сигнальные пути. В случае человека мутации в генах, ответственных за функционирование цилий, могут приводить к заболеваниям из группы цилиопатий, которые выражаются в том числе в аномалиях скелетной системы — уменьшении длины ребер и рук. Кроме того, ученые в рамках работы обнаружили мутацию в CUX1 — этот ген регулирует выработку белков, опосредующих рост цилий. Любопытно, что CUX1 консервативен у млекопитающих и птиц: так, у куриц он обусловливает развитие конечностей. Таким образом, механизм может лежать и в утрате бакланами способности к полету.

Галапагосский баклан является крупнейшим представителем рода. При массе в 2,5–5 килограммов и длине тела 90–100 сантиметров он имеет крылья, примерно втрое меньшие, чем необходимо для полета. По мнению ученых, утрата признака могла произойти в отсутствие необходимости мигрировать. Сейчас P. harrisi обитает на островах Изабелле и Фернандине, где почти не имеет естественных врагов и обеспечен пищей. В то же время уменьшение крыльев могло повысить эффективность охоты: за счет сокращения плавучести галапагосскому баклану легче погружаться под воду. Авторы отмечают, что описанный подход может применяться и для других случаев изменчивости между близкими видами.

Статья опубликована в журнале Science.

Ранее исследователи впервые показали, что водоплавающие птицы активно пользуются слухом под водой.