Alpiniści, którzy zapuszczają się wysoko w Góry Skaliste Kolorado, prawdopodobnie zauważyli średniej wielkości, brązowo-różowe ptaki szperające w płatach śniegu w poszukiwaniu owadów i nasion. Ci specjaliści od wysokich wysokości to różowe zięby, rodzaj ptaka, który ewoluował, aby przetrwać w niektórych z najbardziej surowych miejsc w Ameryce Północnej.

Naukowcy zaczynają teraz rozwiązywać niektóre z tajemnic otaczających te wyjątkowe ptaki, w tym podstawy genetyczne, które pozwalają im przetrwać na wysokości do 14 000 stóp i pomagają określić kolory ich piór.

Ich odkrycia sugerują, że trzy uznane gatunki północnoamerykańskich zięb różowatych – zięba różowata szara, zięba czarna różowa i zięba różowa brunatna – mogły ewoluować w ciągu ostatnich 250 000 lat, co jest stosunkowo krótkim okresem ewolucyjnym warunki.

Naukowcy udostępnili więcej szczegółów ze swojej pracy w nowym artykule opublikowanym niedawno w czasopiśmie Ewolucja.

„Wyniki te poszerzają nasz sposób myślenia o dywergencji i specjacji populacji” – powiedział główny autor Erik Funk, który niedawno uzyskał doktorat z biologii ewolucyjnej na University of Colorado Boulder, a obecnie pracuje jako doktor habilitowany National Science Foundation w San Diego Zoo Wildlife Alliance.

Zrozumienie różnorodności biologicznej

Jeszcze zanim Karol Darwin opublikował w 1859 roku teorię ewolucji drogą doboru naturalnego, naukowcy długo zastanawiali się nad bogatą różnorodnością biologiczną Ziemi. Jak i dlaczego istnieje tak wiele różnych rodzajów życia na planecie? To pytanie, na które wciąż nie udzielono pełnej odpowiedzi, ale dzięki niedawnym postępom w sekwencjonowaniu genetycznym naukowcy mają teraz nowe narzędzia do głębszego sondowania.

Jako turysta i wspinacz, Funk spędził dużo czasu w górach Kolorado i Kalifornii, gdzie często obserwował latające różowe zięby. Ale chociaż często zamieszkują i rozmnażają się w regionach położonych wysoko w Górach Skalistych i Sierra Nevada, rozmnażają się również na poziomie morza, na przykład wzdłuż wybrzeża Alaski oraz wśród wysp Aleuckich i Pribilof.

Oprócz tych różnic w zwyczajach lęgowych, ptaki mają różne kolory i wzory piór. Niektóre mają brązowe pióra na ciele, podczas gdy inne mają czarne. Niektóre mają szarą plamę na czubku głowy lub na policzkach, podczas gdy inne nie.

Funk zastanawiał się, czy analiza genomów ptaków może pomóc wyjaśnić niektóre z tych różnic.

„Chcieliśmy zrozumieć: czy możemy zidentyfikować regiony genetyczne, które są odpowiedzialne za generowanie różnic w kolorze upierzenia, które istnieją u różowatych zięb?” powiedział. „Jest też pytanie o różnice wysokościowe. Czy ptaki żyjące w Kolorado posiadają jakieś unikalne różnice genetyczne, które pozwalają im żyć na dużych wysokościach, których nie mają ptaki żyjące na poziomie morza?”

Korzystając z próbek krwi i tkanek z University of Alaska Museum of the North, Denver Museum of Nature and Science oraz badania terenowego z 2018 r., Funk stworzył cały zestaw danych genomu, który obejmował pełen zakres geograficzny i wszystkie różne obserwowalne cechy róży północnoamerykańskiej zięby. Po przeanalizowaniu danych zidentyfikował unikalne regiony genomowe – i być może określone geny – które prawdopodobnie odgrywają rolę w różnicowaniu cech ptaków.

Na przykład odkrył różnice genetyczne między ptakami z szarymi plamami na policzkach i bez nich w regionie genomu, który wpływa na pigmenty melaniny, które nadają kolor piórom, włosom, skórze i oczom. Porównując ptaki rozmnażające się na dużych wysokościach z tymi, które rozmnażają się na niskich wysokościach, odkrył różnice genetyczne w regionie zawierającym geny, które odgrywają rolę w zdolności komórki do działania przy różnych poziomach tlenu.

Wszystkie geny, które powiązał z cechami, znajdują się w odrębnych regionach genomu ptaków, co oznacza, że ​​z czasem można je przetasować, tworząc nowe kombinacje cech. Potwierdza to teorię, że różne populacje zięby różowatej prawdopodobnie ewoluowały w stosunkowo krótkim czasie.

„Generalnie uważamy, że specjacja zajmuje dużo czasu – rzędu milionów lat” – powiedział Funk. „Ale jeśli cała ta zmienność istnieje już u zięb różowatych, a genom jest w stanie zrekombinować te różne geny w celu wytworzenia nowych kombinacji cech, potencjalnie może to nastąpić znacznie szybciej. To fajny sposób na zastanowienie się, jak różne cechy lub kombinacje cech może być w stanie ewoluować i może mieć wpływ na tempo, w jakim populacje się rozchodzą i powstają nowe gatunki”.

Więcej wiedzy, skuteczniejsze działania ochronne

Ogólnie rzecz biorąc, odkrycia poszerzają wiedzę naukowców na temat różnorodności biologicznej. Ale poza tym mogą również pomóc w podejmowaniu decyzji dotyczących ochrony w obliczu zmian klimatycznych spowodowanych przez człowieka.

Zięby różowate brunatne, które żyją głównie w Kolorado, doświadczają spadku populacji i jako takie, Colorado Parks and Wildlife określiło je jako gatunek o największej potrzebie ochrony.

Aby pomóc ustabilizować lub zwiększyć liczbę ptaków, naukowcy i działacze na rzecz ochrony przyrody chcą wiedzieć o nich jak najwięcej – a nawet wiedza genetyczna może być pomocna.

„Zrozumienie, co doprowadziło do szybkiego generowania tych różnych fenotypów, ich pokrewieństwa i różnic genetycznych, które leżą u ich podstaw, pozwala nam lepiej zrozumieć, jak szybko ewolucja może generować różnice” – powiedział współautor badania, Scott Taylor, współpracownik CU Boulder profesor ekologii i biologii ewolucyjnej oraz dyrektor Górskiej Stacji Badawczej.

„I być może zrozumienie tego pomoże nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób te populacje mogą reagować na załamanie populacji lub zmianę środowiska w przyszłości”.