Массовое вымирание 66 млн лет назад привело к быстрой эволюции геномов птиц
Исследование, которое установило, что важные изменения в геномах птиц стали результатом массового вымирания в конце мелового периода, вызванного падением астероида, провели ученые Мичиганского университета (UM) в США, 31 июля сообщает пресс-служба вуза.
Археологические исследования показали, что 66 млн лет назад после столкновения с Землей астероида, названного Чиксулубом, на нашей планете исчезли нептичьи динозавры, но началась эволюционная история ранних предков птиц.
Однако ученым не было понятно, как именно эти события отразились в геномах птиц, приведя к огромному разнообразию их современных видов. Этот пробел заполнило исследование сотрудников Мичиганского университета, результаты которого были представлены в статье «Геном и эволюция жизненного цикла связывают диверсификацию птиц с массовым вымиранием в конце мелового периода», опубликованной в журнале Science Advances.
Исследователи рассмотрели эволюционную траекторию всех основных групп птиц, что помогло им получить доказательства наличия «геномных окаменелостей» в ДНК птиц, отмечающих критические эволюционные этапы превращения птиц в более чем 10 000 ныне живущих их видов.
Ведущий автор исследования, научный сотрудник по естественным наукам на кафедре экологии и эволюционной биологии UM Джейк Берв пояснил:
«Изучая ДНК ныне живущих птиц, мы можем попытаться обнаружить закономерности генетических последовательностей, которые изменились сразу после одного из важнейших событий в истории Земли. Следы этих событий, по-видимому, запечатлелись в геномах выживших таким образом, что мы можем обнаружить их десятки миллионов лет спустя».
Геном живого организма состоит из четырех молекул-нуклеотидов, которые принято обозначать буквами A, T, G и C. Порядок расположения этих нуклеотидов в геноме определяет «схему» жизни организма.
В процессе эволюции кода ДНК иногда происходит сдвиг общего состава нуклеотидов ДНК по всему геному. При этом такие композиционные изменения определяют, какой тип генетической изменчивости возможен, то есть эволюционный потенциал или способности организма эволюционировать.
В ходе исследования ученые обнаружили, что после массового вымирания произошли сдвиги в составе нуклеотидов, которые, по-видимому, были связаны с тем, как развиваются детеныши птиц, размер их тел во взрослом возрасте и их метаболизм.
Так, через 3–5 млн лет после массового вымирания у выживших линий птиц наблюдалась тенденция к уменьшению размеров тела. Изменилось и их развитие в начальный период после вылупления. Птенцы стали нуждаться в кормлении со стороны родителей, а для их оперения потребовались недели.
«Мы обнаружили, что размер тела взрослой особи и закономерности развития до вылупления являются двумя важными особенностями биологии птиц, которые мы можем связать с обнаруженными нами генетическими изменениями», — рассказал Берв.
Он отметил, что одной из самых важных задач в эволюционной биологии и орнитологии является выявление связей между основными группами птиц, поскольку пока сложно определить структуру древа жизни для ныне живущих птиц. Чтобы попытаться решить эту проблему, исследователи в последние 15 лет используют всё более крупные наборы геномных данных.
Для изучения эволюции геномов птиц ученые ранее применяли статистические модели, при построении которых были сделаны строгие предположения, а именно: они обычно предполагают, что состав ДНК, ее соотношение нуклеотидов A, T, G и C, не меняется на протяжении всей эволюционной истории.
Однако в конце 2019 года профессор экологии и эволюционной биологии UM Стивен Смит разработал программный инструмент для более точного отслеживания состава ДНК в различные периоды времени и в разных ветвях древа жизни.
Используя этот инструмент, исследователи UM подвергли сомнению сложившиеся представления о том, что состав ДНК остается постоянным. Это позволило изменить модель эволюции ДНК, позволив ей варьироваться по всему эволюционному древу и определять места, где, вероятно, произошел сдвиг в составе ДНК.
В этом новом исследовании такие сдвиги были сконцентрированы во времени в пределах примерно 5 млн лет после массового вымирания в конце мелового периода, уточнил Берв. Новый подход позволил ученым также оценить, какие черты птиц были наиболее тесно связаны с этими сдвигами в составе ДНК.
Соавтор исследования, профессор палеонтологии позвоночных в Кембриджском университете Дэниел Филд дал разъяснения относительно ранней эволюции птиц после массового вымирания.
«Мы знаем, что массовые вымирания могут кардинально влиять на биоразнообразие, экологию и форму организмов. Наше исследование подчеркивает, что эти вымирания могут на самом деле влиять на биологию организмов еще более глубоко — изменяя важные аспекты эволюции геномов, — сказал Филд. — Эта работа расширяет наше понимание драматических биологических последствий массовых вымираний и подчеркивает, что массовое вымирание, уничтожившее гигантских динозавров, было одним из самых биологически значимых событий за всю историю нашей планеты».
Исследователи считают, что их вклад в теорию эволюционной биологии позволяет получить более детальное представление о последовательности событий, происходивших в ранней истории птиц.
