Гавайи утратили целые ветви своего великолепного семейства птиц

Фото из открытых источников

ДНК, извлеченная из музейных образцов, меняет генеалогическое древо гавайских медососов и показывает, насколько сильно исчезла эволюционная история. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Примерно 5-6 миллионов лет назад один вид зябликов достиг Гавайев. Его потомки породили более 60 видов гавайских медососов, от птиц, питающихся нектаром и имеющих длинные изогнутые клювы, до птиц, раскалывающих семена, с клювами, похожими на клювы орехоколов.

Сегодня большинство этих птиц вымерли. Биологи ожидали, что среди выживших будут близкие родственники погибших особей, но ДНК музейных образцов говорит об обратном. Десять целых ветвей этого семейства вымерли, и ничего близкородственного не осталось в живых. Гавайи потеряли больше представителей этого семейства, чем можно показать по списку вымерших видов.

Работу возглавил Майкл Кампана, геномист из Центра геномики сохранения биоразнообразия при Национальном зоопарке и Институте природоохранной биологии Смитсоновского института. Исследователи составили генеалогическое древо для всех 17 видов гавайских медососов, ныне живущих в США.

Сюда входят почти все виды, известные со времен прибытия европейцев на острова, а также два вида, известные только по ископаемым костям. Четыре вида, оставшиеся в живых, находятся на грани вымирания. Только обыкновенный амакихи и апапане отнесены к категории видов, вызывающих наименьшее опасение, согласно глобальному Красному списку видов, находящихся под угрозой исчезновения. Эта семья — типичный пример островной популяции птиц, которая находится в состоянии распада.

Наиболее наглядный пример — мамо, пара вымерших птиц с длинными, изогнутыми вниз клювами. Этот клюв совпадал с клювом ииви, красной медососущей птицы, которая до сих пор обитает на Гавайях. В 2014 году таксономист объединил эти две группы в одну.

На новом дереве гавайских медососов мамосы образуют отдельную ветвь, и рядом с ними нет ничего живого. Команда Кампаны отвергает это слияние и хочет восстановить старое название «и'иви» — Vestiaria coccinea.

Одним из признаков, используемых для их различения, был трубчатый язык, предназначенный для питья нектара. Биологи считали его надежным маркером близкого родства. Новые результаты указывают на то, что язык эволюционировал более одного раза или был утрачен более одного раза.

Вид 'ula-'ai-hāwane, отнесенный к этой группе по внешнему виду, тоже не подходит. Его ближайшим родственником среди наиболее детально изученных деревьев является более крупный 'amakihi, который тоже вымер. В общей сложности десять групп не имеют близких ныне живущих родственников, среди них длинноклювый акиалоа, коа-зяблики и кона-гросбек.

Каждая из них восходит к всплеску появления новых видов, который, по оценке команды, произошел 2,5–3,5 миллиона лет назад, когда образовался остров Оаху. Они отделились так рано, поэтому потери учитываются больше, чем просто подсчет названий.

Команда Кампаны проанализировала 38 музейных образцов, охватывающих 22 вымерших или предположительно вымерших вида гавайских медососов. Образцы были заимствованы из коллекций в Соединенных Штатах и Европе.

Исследователи также секвенировали 26 новых геномов, большинство из которых принадлежат ныне живущим медососам. В коже столетней давности осталось очень мало читаемой ДНК. Восстановленная последовательность составляла около 1 процента генома типичной птицы и всего лишь 0,01 процента у самых опасных представителей этого вида.

Чтобы работать с такими ограниченными ресурсами, команда сначала создала высококачественный геном самки гавайской амакихи, с которым они могли сопоставить фрагменты.

Хелен Джеймс — куратор отдела птиц в Национальном музее естественной истории. Она сказала, что поражена генетическими данными, которые ее коллеги извлекли из небольших кусочков кожи, или «крошечных фрагментов эпидермиса, вырезанных из старых музейных экспонатов». Они также извлекли читаемую ДНК из небольших ископаемых костей.

Кампана говорит, что его группа сейчас отслеживает эволюцию двух занесенных болезней, птичьей малярии и авипоксвируса, после того, как они достигли Гавайев. Команда также изучает историю распространения этих заболеваний среди птиц.

«Этот проект — лишь начало того, что могут рассказать нам музейные экспонаты», — сказал Кампана.

Скрещивание между представителями разных рас оказалось более распространенным, чем ожидалось. Считалось, что гибридизация, или скрещивание между видами, в этом семействе встречается редко. Однако признаки гибридизации обнаруживаются по всему генеалогическому древу, в том числе на ветвях, которые не представлены ни одной живой птицей и ни одной музейной шкурой.

Наиболее наглядный единичный случай — это ланайский крючкоклюв, известный по одному экземпляру, собранному в 1913 году, и встречавшемуся лишь несколько раз. Большая часть ДНК была получена от 'ō'ū , другого гавайского медососа, а остальная часть — от зяблика, с которым команда не смогла сопоставить секвенированные образцы. Этот экземпляр хранится в Музее Бернис Пауахи Бишоп в Гонолулу.

На вопрос о том, что больше всего его удивило в процессе скрещивания, Кампана выделил три этапа: «По всей видимости, гибридизация была относительно распространена на начальном этапе формирования линий, стала редкостью по мере того, как виды стали различаться, и, похоже, снова становится более распространенной по мере того, как виды оказываются под угрозой исчезновения и вымирают».

Третий этап еще не завершен. Четыре популяции амакихи, по одной на каждом из четырех островов, все еще обмениваются генами. Одна птица с острова Мауи также несла митохондриальную ДНК, унаследованную от гавайской амакихи через свою мать.

На бумаге птица Мауи по-прежнему считается подвидом обыкновенной амакихи. В наиболее точно определенных филогенетических деревьях она относится к птицам Оаху, а не к птицам Гавайев, с которыми разделяет это название.

Команда Кампаны рекомендует вырастить его до полноценного вида, Chlorodrepanis wilsoni. По словам Кампаны, большинство выживших видов уже внесены в список находящихся под угрозой исчезновения или критически угрожаемых, поэтому новое дерево сохраняет эти приоритеты на прежнем уровне.

Исключением является мауийская амакихи, и Кампана заявил, что птицы с Мауи и Гавайев теперь считаются отдельными природоохранными территориями.

«Это означает, что мы не можем рассматривать население одного острова как „резервную“ группу для другого», — пояснил он.

Внутри самой большой группы порядок ветвления менялся от одного набора данных к другому, и ни одно отдельное расположение не объясняло все результаты. Тем не менее, простое ветвящееся дерево по-прежнему объясняет более 99 процентов вариаций, поэтому смешение между линиями составляет лишь небольшую часть сигнала.

В ответ на вопрос о том, что еще бросилось в глаза, Кампана указал на ту же проблему. «Эволюция — это не простой процесс», — сказал он.

Исследователи часто ищут одно единственное, окончательное генеалогическое древо, и Кампана сказал, что такого древа может и не существовать. Виды гибридизировались в процессе своего формирования, и любой ген может нести историю, отличающуюся от истории вида, к которому он принадлежит.

Полные геномы более чем 40 вымерших гавайских медососов до сих пор отсутствуют. Два вида, известные только по костям, не удалось точно идентифицировать, поскольку в них сохранилось слишком мало пригодных для изучения мест стоянок.

К группе ланайских крючкоклювых птиц пока не отнесены никакие ископаемые остатки, поэтому у вьюрка, который послужил основой для остальной части его родословной, пока нет кандидата. Чтобы найти его, исследователям понадобятся геномы большего числа птиц, которые существуют только в виде отдельных экземпляров.

До тех пор музейные экспонаты — шкуры и окаменелые кости — хранят в себе большую часть того, что еще предстоит узнать об этих исчезнувших птицах.