For Charles Darwin tilbød fugler et vindu inn i prosessen med naturlig seleksjon - og til slutt evolusjon. Etter å ha observert den bemerkelsesverdige variasjonen av nebber blant finkene på Galapagosøyene på 1830-tallet, bemerket den britiske naturforskeren: “Ser denne graderingen og mangfoldet av struktur i en liten, nært beslektet gruppe fugler, kan man virkelig tenke seg det fra en opprinnelig liten fugl i denne skjærgården, en art var blitt tatt og modifisert for forskjellige mål. ”Likevel mer enn 150 år etter Darwin, de evolusjonære forholdene mellom fugler er fortsatt et overbevisende mysterium.
Relatert innhold
- Denne 99 millioner år gamle fuglen levde sammen med dinosaurer
Denne måneden vil en koalisjon av fugleforskere fra universitetet og regjeringen starte en ambisiøs innsats for å skille ut forholdene til det nylig lanserte OpenWings-prosjektet. Prosjektet er finansiert av National Science Foundation, og har som mål å skape et fullt liv av liv, eller fylogeni, for verdens fugler. Ved å samle genetisk informasjon for alle 10.560 fuglearter, håper forskere å skape et bedre bilde av hvordan våre nåværende eksisterende fugleinvenner utviklet seg fra dinosaurene som gikk foran dem, og hvordan de kunne klare seg i fremtiden.
"Vi vet at det er ujevnheter i livets fugletre, " sier Terry Chesser, en forskningszoolog og medlem av USGS Biologiske undersøkelsesenhet som jobber ved National Museum of Natural History. Noen steder på treet spisserte fugler seg vekk fra hverandre til forskjellige grener mye raskere enn andre steder - forskjellige slekter som diversifiserer raskere og kanskje forskjellige forandringshastigheter avhengig av historiens periode. Enkelte egenskaper som fjærdrakt eller kroppstype er assosiert med noen av disse endringene, men det er ikke kjent nøyaktig hvordan.
Prosjektet har også potensial til å endre dagens forståelse av fugleutvikling, inkludert store spørsmål om når fugler begynte å utvikle seg fra dinosaurer. Noen forskere mener at fugler og dinosaurer hadde begynt å skille seg ut før begivenheten om kretspaleogene-utryddelse for rundt 66 millioner år siden som drepte landdinosaurene, mens andre mener at fugler og aviære dinosaurer ennå ikke hadde spesifisert den gangen. Å lage en fullstendig fylogen av fugler vil sannsynligvis løse denne tvisten, eller i det minste tilby nye bevis. OpenWings Project-teamet vil samarbeide med en paleontolog for å integrere fossile bevis, sier Chesser.
Prosjektet har som mål å være det mest komplette fugletreet til nå, og er det første som blir gjort på en virveldyrgruppe. For øyeblikket, sier Chesser, når folk prøver å sette sammen et tre for fugler, "ender de opp med å lage et tre med mye manglende data, " og legger til arter som ikke har data som sier hvor de skal gå gitt de nåværende taksonomiene, som ble bestemt basert på observasjonelle, ikke genetiske egenskaper. Et annet prosjekt, B10k, prøver å sekvensere komplette "referansegenom" for alle fuglearter, men det er bare omtrent 300 så langt.
Å gjøre referansegenom er en gigantisk oppgave, mens det OpenWings-prosjektet vil gjøre er litt mer håndterbart, sier Rebecca Kimball, en evolusjonsbiolog fra University of Florida som er en samarbeidspartner i OpenWings Project. Det vil også være åpen tilgang, noe som betyr at ornitologer fra hele verden kan bruke resultatene - som vil bli utgitt når de er kartlagt, i stedet for i en gruppe på slutten av prosjektet - for å se dypere på bestemte grener av fuglefamilien tre. Noen mindre forstått grupper av fugler "fortjener mer fokus enn vi kommer til å være i stand til å gi dem i denne store studien, " sier Kimball.
"Individuelt har vi alle arter [av fugler] som vi elsker og er interessert i, " sier hun, men å stille store spørsmål betyr at det er umulig for forskerne å nullstille seg til spesifikke fuglearter i OpenWings-prosjektet. Å gjøre dataene åpen tilgang betyr at det trolig fortsatt vil bli gjort arbeid, sier hun.
Rufous-naped wrens. Smithsonian's Division of Birds huser og opprettholder den tredje største fuglesamlingen i verden, med over 625 000 eksemplarer. (NMNH / Smithsonian Institution) Å sekvensere genetisk informasjon for mer enn 10.000 totale fuglearter er fremdeles et massivt foretak, og noe som bare ble mulig takket være nyere fremskritt innen genetisk analyse, sier Chesser. For å gjennomføre denne omfattende studien, må forskerne null inn på spesifikke DNA-sekvenser som kalles "ultrakonserverte" regioner. Disse regionene av DNA er de som har holdt ut fra tidligere spesifikasjonshendelser, da nye fuglearter kom til å sitte på nye grener av treet, og tilbyr en måte å se tilbake på genetiske forhold.
Dette prosjektet ville ikke vært mulig uten den forsiktige innsamlingen og bevaringen av museer, sier Chesser. OpenWings-samarbeidspartnerne representerer institusjoner med enorme samlinger av fugleeksempler, inkludert Field Museum of Natural History, American Museum of Natural History og Smithsonian Institution's National Museum of Natural History. De inkluderer også raskt voksende samlinger ved universiteter — spesielt Kansas University og Louisiana Student University's Museum of Natural Science.
Siden 1980-tallet, sier Kimball, har museer bevart DNA-prøver fra eksemplene i samlingene deres sammen med de behandlede kroppene til selve eksemplene. For mange arter er det her arvestoffet vil komme fra. I andre tilfeller, hvor eksempler ble samlet inn før dette ble normen, sier Cresser at de vil stole på en uventet del av fuglene: kløftene deres. Den beste måten å få genetisk bevis på fra et bevart eksemplar som er funnet så langt, sier han, "er å kutte av et stykke pads på fuglenes tær."
På dette tidspunktet er det fortsatt forskere som finner ut hvilke institusjoner som har eksempler på hvilke fugler, sier Cresser. De fleste studier av denne typen bruker titalls eller hundrevis av arter, sier han - som en studie fra 2015 publisert i Nature som la grunnlaget ved å lage et livs tre for 198 fuglearter. Det å koordinere tusenvis tar litt mer arbeid, spesielt når du er i et team som representerer 10 store institusjoner som deltar.
Erich Jarvis, en nevrovitenskapsmann fra Rockefeller University som leder B10K, fortalte Science 's Elizabeth Pennisi at han tror bare en helgenom tilnærming kan generere et robust tre for fugler, fordi det dekker all slags genetisk informasjon kodet i en fugls DNA . Men andre forskere erkjente overfor Pennisi at det er en markant forbedring av hva fugleforskere har nå: det, og det er fullfinansiert, noe B10K ikke er.
"Dette viser effektiviteten og den grunnleggende viktigheten av pågående museumssamling, " sier Yale University evolusjonære ornitolog Richard Prum, en medforfatter i 2015-papiret. "Dette konsortiet inkluderer de fleste av de største naturlige vevssamlingene i verden, " sier Prum, som ikke er involvert i OpenWings Project.
Prum legger til at det er på tide at noen opprettet en komplett fugleinfogenogeni. Med ny genteknologi er det mer gjennomførbart enn noen gang før, selv om omfanget er enestående, sier han. Tross alt eksisterer metodene allerede: det er bare et spørsmål om å sette sammen det hele. Denne typen arbeid har potensial til å endre måten fugler blir forstått på, noe som har konsekvenser for bevaring av dem samt evolusjonshistorien.
Darwins ideer om evolusjon var basert på de observerbare egenskapene til hans finker. Men utover disse observerbare egenskapene er lag og lag med genetiske forhold, og uten arbeidskunnskap om genetikk ble disse gjemt for ham. Med denne nye teknologien er det mulig å se hvordan selv arter som ser ut og opptrer forskjellige kan være nært beslektede. Å gjøre et helt tre vil "fremme studiet av fylogenetikk, " sier Chesser, men det vil også hjelpe bevaring på en direkte måte.
"Et av kriteriene som ofte brukes i bevaringsplanlegging er fylogenetisk egenart, " sier han, "slik at områder som inkluderer arter på sine egne forskjellige evolusjonsgrener ofte tillegges høyere vekt i bevaringsplanleggingen." OpenWings-prosjektet vil vise hvor fylogenetisk forskjellige forskjellige arter virkelig er. "Denne informasjonen skal være veldig nyttig for naturvernere når de skal vurdere hvilke områder eller arter de skal prioritere, " sier han
