Genetikusok újraírták a modern madarak törzsfáját

Az evolúciós genetikus Tom Gilbert és több tucat kollégája a múlt héten 48 madár genom analízisét publikálta a Science-ben. Ez az eddigi legszéleskörűbb genomikai vizsgálata egy nagy rendszertani csoportnak. Az eredmények megerősítik, hogy a madarak sokfélesége ugrásszerű növekedésnek indult a nem madár dinoszauruszok kihalása után. Továbbá régóta fennálló, madárfajok közti leszármazási kérdésekre adja meg a választ.

A Science tudományos folyóirat december 12-ei címlapja. Forrás: AAAS

A 18 cikk fele a Science tudományos folyóirat december 12-ei számában jelent meg, a továbbiakat a BioMedCentral folyóiratai publikálták. Ezek a madár ének eredetétől, a madár fogak elvesztésének időpontján át a pingvinek hűvös klímához való alkalmazkodásáig széles területet lefednek. 

Egyetlen korábbi kutatás során sem használtak még ennyi genomikai adatot, ilyen sok fajból, az evolúciós leszármazási viszonyok feltárására. A cél eléréséhez nagy nemzetközi együttműködésre volt szükség.

A modern madarak törzsfája és leszármazási kapcsolatai. A szürke szaggatott vonal a jelenlegi rendek 50 millió évvel ezelőtti létrejöttét jelzi. A kis fekete nyíl a 65 millió évvel ezelőtti Kréta-Paleogén határt jelzi, amikor a nem madár dinoszauruszok kihaltak. Forrás: Science/AAAS

2010-ben Gilbert, a projekt társvezetője megállapodott a sencseni székhelyű BGI (pekingi genomikai intézet) genom szekvenáló központtal, hogy térképezzék fel az első galamb genomot. A kezdeti cél az volt, hogy megállapítsák, a különböző fajták milyen kapcsolatban állnak egymással és honnan erednek az eltérő tulajdonságaik. De a projekt sokkal ambiciózusabb lett, miután Gilbert egyeztetett Guojie Zhang genomikussal a BGI-ből.

Ekkor kiderült, hogy az intézet már megszekvenált több madár genomot Erich Jarvis, az Észak Karolinai Duke egyetem idegkutatójának projektje számára. A három kutató rájött, hogy néhány további mintával a újmadárszabásúak csoportjának összes leágazásából rendelkeznének feltérképezett genommal. Az újmadárszabásúak az összes modern madarat tartalmazza a futómadár-szabásúak csoportjának (pl. Emu, Strucc) kivételével.

"Rájöttem, hogy van ez az elég nagy megválaszolatlan kérdés a madarak evolúciós történetében, hogy pontosan mi is a különböző madár fajok leszármazási kapcsolata?."

- mondta el Gilbert.

Eddig senki nem tudta pontosan meghatározni, mely fajok váltak el leghamarabb az újmadárszabásúak közös ősétől. Továbbá korábbi, jóval kevesebb adatot használó kutatások sokszor egymásnak ellentmondó eredményekre vezettek, főleg az újmadárszabásúak vokális tanulást mutató alcsoportjában. Ez a képesség csak kevés állatban van jelen és a kutatók az emberi beszédhez hasonlítják. Gilbert és kollégái végül arra jutottak, hogy csak a teljes genomok segítségével lehet a madarak valós evolúciós történetét feltárni.

Az Egyesült Arab Emirátusok állatkertjébe való utazáson kívül, hogy vérmintát gyűjtsenek egy túzoktól és egy nyílfarkú pusztaityúktól, a minták begyűjtése egyszerűen ment. A genomok szekvenálásával is néhány hónap alatt végeztek. De az adatok alapos vizsgálata és az evolúciós törzsfa felállítása további három évet, új számítási módszerek kifejlesztését és 300 évnyi számítási időt vett igénybe. Közben további szakemberek kértek hozzáférését az adatokhoz, ami miatt több száz kutatóra duzzadt a kollaboráció és a kutatás vezetői számára a hosszú Skype konferenciahívások általánossá váltak.

Az eredmények a madár biológia több részével foglalkoznak, az idegtudománytól a populációgenetikáig. A kutatók például párhuzamokat találtak gén aktivitás mintázatok közt olyan agyterületeken, amelyek a madáréneket és az emberi beszédet szabályozzák. Egy másik alprojekt feltárta, hogy a madarak nagyjából 116 millió évvel ezelőtt veszítették el véglegesen a fogaikat.

A genomok fényt derítenek a madár törzsfa fő leágazásaira. Az első újmadárszabású fajok, amelyek leváltak, a mai flamingók, galambok és vöcskök ősei voltak. A szerzők arra jutottak, hogy a vokális tanulás valószínűleg egymástól függetlenül alakult ki az énekesmadaraknál, a kolibriknél és a papagájoknál. A szárazföldi madarak - amely csoport tartalmazza a sasokat, a harkályokat, varjakat, papagájokat - őse egy ragadozó madár lehetett.

A genom szekvenciák arra is utalnak, hogy a madarak sokféleségében óriási növekedés következett be a 67-50 millió évvel ezelőtti periódusban, amikor a nem madár dinoszauruszok egy aszteroida becsapódása és egyéb környezeti katasztrófák hatására eltűntek a bolygóról. Az emlősök is virágzottak ekkor, mindkét csoport elkezdte megtölteni a nem madár dinoszauruszok által hátrahagyott ökológiai fülkéket (niche).

"Ez egy megalapozó munka a következő száz év madártani kutatásai számára. Ilyen forradalomra van szükségünk az egész biológiában."

- mondta el Stephen Richard, a Baylor College of Medicine genomikusa, aki egy független projektet vezet rovar genomok vizsgálatára. Dicsérte továbbá a kutatók döntését, hogy minden taxonómiai rendből választottak egy madárfajt és nem a kedvenc madaraik genomját szekvenálták meg.

via Nature News & Comment

Népszerű
Uralkodj magadon!
Új kommentelési szabályok vannak 2016. január 21-től. Itt olvashatod el, hogy mik azok, és itt azt, hogy miért vezettük be őket.