מחקר פורץ דרך המשתמש בנתונים מלאים בקנה מידה גנום חולל מהפכה בהבנתנו את התפתחות הציפורים, וחשף תובנות חדשות לגבי הקשרים הפילוגנטיים בין מיני ציפורים. על ידי ניתוח מערך נתונים מקיף של 363 מיני ציפורים, המחקר הגדיר מחדש את אילן היוחסין העופות, זיהוי ארבעת הציפורים העיקריות בתוך Neoaves ושפך אור על ההיסטוריה האבולוציונית המורכבת של ציפורים. קרדיט: twoday.co.il.com
המחקר הגנומי הנרחב ביותר עד כה חשף כיצד הציפורים התפשטו בכל העולם לאחר הכחדה המונית.
ציפורים מייצגות את השושלת הבלעדית של הדינוזאורים ששרדה בימינו. לפני בערך 66 מיליון שנים, במעבר מה- קרטיקון לתקופת הפלאוגן (גבול K-Pg), אירוע הכחדה קטסטרופלי הוביל למותם של כל הדינוזאורים שאינם עופות, מה שסיפק הזדמנות לציפורים לגוון במהירות ולתפוס מגוון רחב של גומחות אקולוגיות.
ניאובים, קבוצה מגוונת המהווה כ-95% מכלל הציפורים מִין היום, הגיח מהקרינה הזו. מהקונדורים המתנשאים של הרי האנדים ועד לציפורי הדבש הקטנות המרחפות דרך יערות טרופיים, Neoaves מקיפים מגוון מדהים של צורות ופונקציות.
למרות מאמצים ניכרים לשחזר את ההיסטוריה האבולוציונית של העופות וההשפעות של אירוע K-Pg באמצעות נתונים מורפולוגיים ונתונים מולקולריים, הסדר המסועף והיחסים המדויקים בין השושלות הניאו-אביות נותרו שנוי במחלוקת.
"מחקרים קודמים על מערכי נתונים קטנים מאזורים גנומיים שונים הניבו לעתים קרובות תוצאות סותרות ביחס לטופולוגיה של עץ הציפורים", אמר גווג'י ז'אנג, מחבר בכיר של המאמר, פרופסור ראשי לביולוגיה אבולוציונית באוניברסיטת ג'ג'יאנג, ואחד מיוזמי התוכנית פרויקט B10K. "במחקר זה, בפעם הראשונה, השתמשנו בנתונים מלאים בקנה מידה גנום כדי לבנות את העץ עבור מיני ציפורים כמעט מכל המשפחות המייצגות."
התקדמות בנתונים גנומיים
מערך הנתונים הגנומי המלא הזה הופק על ידי קונסורציום B10K בשלב השני שלו, הכולל 363 מיני ציפורים המכסים את כל שושלת הציפורים העיקרית.
אילן היוחסין החדש פורץ דרך במסע הארוך לפענח את מסתורי האבולוציה של הציפורים. על פי עץ משפחה של ציפורים מעודכן זה, קבוצה המכילה פלמינגו וגרבונים (הנקראים Mirandornithes) היו בין השושלות הניאו-אביות הראשונות שהתפתחו.
יחסים של 363 מיני ציפורים מבוססים על 63,430 לוקוסים בין-גניים. קרדיט: יוספין סטילר
העץ החדש מאתגר את הארגון של Neoaves על ידי סיווג הקבוצה הגדולה הזו לארבעה קלאדים עיקריים: Mirandornithes, Columbaves, Elementaves ו-Telluraves. Elementaves הוא קבוצה שהוצעה לאחרונה הכוללת כ. 14% מכל מיני הציפורים המודרניות כולל קבוצות שונות כמו חוצין החידתי, עופות החוף, יונקי הדבש ועופות טרופיות.
Elementaves נקרא כדי לשקף את המגוון המדהים של הקבוצה בנישות אקולוגיות, המייצגות את היסודות העיקריים של כדור הארץ, האוויר והמים. אילן יוחסין חדש זה פותר כמה ויכוחים ארוכי שנים על היחסים בין מיני עופות ומניח בסיס איתן לחקר אבולוציה של עופות והתפתחות תכונות.
ההשפעה של ניתוח גנומי מקיף
על ידי שימוש בנתוני גנום מלאים על פני 363 מיני ציפורים, זהו מערך הנתונים הגדול ביותר אי פעם המשמש לניתוחים פילוגנטיים של ציפורים. הצוות בנה צינור חדש כדי לחלץ למעלה מ-150,000 אזורים הפרוסים על פני הגנום.
"איפיינו קשרים פילוגנטיים על פני הגנום כולו וזיהינו דפוסים הקשורים להקשר הגנומי ולמאפייני הרצף", אמר ג'וזפין סטילר, המחבר המוביל של מחקר זה ועוזר פרופסור לביולוגיה אבולוציונית באוניברסיטת קופנהגן, "מצאנו שמגוון חלקים מהגנום, למשל, כרומוזומים בודדים או גנים מקודדי חלבון, תומכים לעתים קרובות בעצים שונים בתכלית. זה כנראה מסביר מדוע מחקרים שניתחו רק חלקים גנומיים מסוימים היו בקונפליקט."
חיבור של כמויות נתונים איכותיות וגדולות היה המפתח להפקת עץ פילוגנטי חזק. הצוות גילה שברוב הסניפים ניתן להגיע לקונצנזוס על מערכות היחסים ביניהם כאשר נעשה שימוש בכמות מספקת של נתונים. אבל המיקומים הפילוגנטיים של קבוצות ציפורים מסוימות כמו ינשופים ונצים נותרו תמוהים אפילו עם קנה מידה מלא של נתונים.
זמני סטייה של 363 מיני ציפורים מבוססים על 63,430 לוקוסים בין-גניים. קרדיט: יוספין סטילר
"יותר נתונים לא בהכרח מייצרים פתרון טוב יותר", אמר ג'אנג. סיאבש מיראראב, מחבר בכיר שותף של המחקר, פרופסור להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, הוסיף כי "הסיבה לכך עשויה להיות היסטוריה אבולוציונית מורכבת כמו הצטלבות עתיקה בין שתי שושלות, מיון שושלת לא שלם, משיכה ארוכת ענפים ומשוחדים DNA תוכן רצף, שכולם יכולים להפריע לשחזור של עצים פילוגנטיים."
המחקר מדווח על תובנות חדשות לגבי אילו מהגורמים הללו משפיעים על אילו ענפים של העץ, ומספקים תמונה מקיפה ואמיתית יותר של מקורן של קבוצות העופות הללו. המחקר מציע גם סולם זמן מדויק יותר לגיוון הציפורים המודרניות, מה שמצביע על כך שקרינה מהירה התרחשה בסמוך להכחדה המונית בגבול הקרטיקון-פלאוגן (K-Pg) ובמידה פחותה זמן קצר לאחר הפלאוגן-ניאוגן. גְבוּל.
החוקרים מצאו כי הקרנות אלו חופפות לשינויים גנטיים ומורפולוגיים יוצאי דופן בקרב ציפורים, כולל שיעורי מוטציות גדולים יותר, גדלי גוף קטנים יותר ומוחות גדולים יותר וגודל אוכלוסיה יעיל יותר. "זה ממחיש את כוחה של גנומיקה השוואתית: על ידי השוואת גנומים של מינים חיים, נוכל לחשוף עקבות של אירועים שקרו לפני 66 מיליון שנה", אמר סטילר.
"העבודה שלנו שינתה דעות מסורתיות רבות על ההיסטוריה האבולוציונית של ציפורים. עץ משפחה חדש זה ישמש עמוד שדרה מוצק למיפוי ההיסטוריה האבולוציונית של כל מיני העופות עם השלכות חשובות על מחקר צפרות ומחקרי מגוון ביולוגי", סיכם ג'אנג.
