Ubrzo nakon što je asteroid udario u Zemlju pre 66 miliona godina, život za neptičje dinosauruse je završio, ali je počela evoluciona priča za rane pretke ptica.
Fosilni zapis nam govori da su rani preci živih ptica započeli svoje evoluciono putovanje neposredno nakon masovnog izumiranja izazvanog asteroidom, ali istraživači nisu bili sigurni kako će tu priču videti u genomima ptica.
Sada je studija Univerziteta u Mičigenu identifikovala važne promene u genomima ptica izazvane masovnim izumiranjem, nazvanim događaj masovnog izumiranja krajem krede, što je na kraju doprinelo neverovatnoj raznolikosti živih ptica.
Studija je ispitala evolucionu putanju svih glavnih grupa ptica i pronašla dokaze o „genomskim fosilima“ u DNK ptica koji označavaju kritične evolucione korake dok su ptice evoluirale u više od 10.000 živih vrsta. Istraživanje je objavljeno kao članak otvorenog pristupa u časopisu Science Advances.
„Proučavajući DNK živih ptica, možemo pokušati da otkrijemo obrasce genetskih sekvenci koje su se promenile neposredno nakon jednog od najvažnijih događaja u istoriji Zemlje“, rekao je glavni autor Džejk Berv, koji je završio studiju kao saradnik za prirodne nauke u Mičigenu. U-M Odeljenje za ekologiju i evolucionu biologiju.
„Izgleda da je potpis tih događaja utisnut u genome preživelih na način koji možemo da otkrijemo desetinama miliona godina kasnije.
Genom živog organizma se sastoji od četiri nukleotidna molekula, označena slovima A, T, G i C. Redosled ovih nukleotida u genomu definiše „nacrt“ života.
DNK kod se ponekad može razviti na način koji pomera ukupni sastav DNK nukleotida kroz ceo genom. Ove kompozicione promene su ključne u određivanju vrste genetske varijacije moguće, doprinoseći evolucionom potencijalu organizma ili njegovoj sposobnosti da evoluira.
Istraživači su otkrili da je masovno izumiranje izazvalo promene u sastavu nukleotida. Takođe su otkrili da se čini da su ove promene povezane sa načinom na koji se ptice razvijaju kao bebe, njihovom odraslom veličinom i njihovim metabolizmom.
Na primer, u roku od otprilike 3 miliona do 5 miliona godina od masovnog izumiranja, preživele ptičje loze su imale tendenciju da razviju manje veličine tela. Takođe su promenili način na koji su se razvijali kao mladunci, sa više vrsta koje su postale „altrične“. To znači da su još uvek veoma embrionalni kada se izlegu, da im roditelji trebaju da ih hrane i da im treba nedeljama da se izlegu, kaže Berv. Ptice koje se izlegu spremne da se same brinu, poput pilića i ćurki, nazivaju se „prekocijalne“.
„Otkrili smo da su veličina tela odrasle osobe i obrasci razvoja pre izleganja dve važne karakteristike biologije ptica koje možemo da povežemo sa genetskim promenama koje otkrivamo“, rekao je Berv, sada postdoktorski saradnik Schmidt AI u nauci sa U-M u Mičigenu. Institut za podatke i veštačku inteligenciju u društvu.
Berv kaže da je jedan od najznačajnijih izazova u evolucionoj biologiji i ornitologiji otkrivanje odnosa između glavnih grupa ptica — teško je odrediti strukturu drveta života za žive ptice. Tokom proteklih 15 godina, istraživači su primenjivali sve veće skupove genomskih podataka kako bi pokušali da reše problem.
Ranije su istraživači koristili genomske podatke za proučavanje evolucije genoma ptica koristeći statističke modele koji daju jake pretpostavke. Ovi „tradicionalni“ modeli omogućavaju istraživačima da rekonstruišu istoriju genetskih promena, ali obično pretpostavljaju da se sastav DNK, njen udeo A, T, G i C nukleotida, ne menja tokom evolucione istorije.
Krajem 2019. godine, Berv je počeo da radi sa Stivenom Smitom, profesorom ekologije i evolucione biologije, koji je razvijao softverski alat za bliže praćenje sastava DNK tokom vremena i kroz različite grane drveta života.
Sa ovim alatom, istraživači su uspeli da olabave pretpostavku da sastav DNK ostaje konstantan. Smit je rekao da je ovo omogućilo da se „model“ evolucije DNK razlikuje u okviru evolucionog stabla i da identifikuje mesta gde je verovatno došlo do promene u sastavu DNK.
Za ovo novo istraživanje, ove promene su koncentrisane u vremenu, u roku od oko 5 miliona godina od masovnog izumiranja krajem krede, kaže Berv. Njihov pristup im je takođe omogućio da procene koje su osobine ptica najbliže povezane sa ovim promenama u sastavu DNK.
„Ovo je važna vrsta genetske promene za koju mislimo da možemo da povežemo sa događajem masovnog izumiranja“, rekao je on. „Koliko znamo, promene u sastavu DNK ranije nisu bile povezane sa masovnim izumiranjem krajem krede na tako jasan način.
Danijel Fild, profesor paleontologije kičmenjaka na Univerzitetu u Kembridžu i koautor studije, bio je zainteresovan da razume kako je masovno izumiranje krajem krede uticalo na evoluciju ptica. Dao je smernice vezane za evoluciju ranih ptica nakon masovnog izumiranja.
„Znamo da događaji masovnog izumiranja mogu dramatično uticati na biodiverzitet, ekologiju i formu organizma. Naša studija naglašava da ovi događaji izumiranja mogu zapravo još dublje uticati na biologiju organizma – menjajući važne aspekte kako se genomi razvijaju“, rekao je Fild.
„Ovaj rad unapređuje naše razumevanje dramatičnih bioloških uticaja događaja masovnog izumiranja i naglašava da je masovno izumiranje koje je zbrisalo džinovske dinosauruse bilo jedan od biološki najuticajnijih događaja u čitavoj istoriji naše planete.
Istraživači kažu da opuštanjem tipičnih pretpostavki koje se koriste u evolucionoj biologiji, oni grade nijansiraniji uvid u redosled događaja koji su se desili u ranoj istoriji ptica.
„Mi obično nismo posmatrali promenu sastava DNK i modela na stablu života kao promenu da se nešto zanimljivo dogodilo u određenom trenutku i na određenom mestu“, rekao je Smit. „Ova studija ilustruje da smo verovatno nešto propustili.“
