מחקר חדש מגלה כי אנומליה גנטית שהתעלמה מזמן בציפורים שינתה באופן משמעותי את ההבנה שלנו לגבי השושלת האבולוציונית שלהן, והוכיחה כי עץ המשפחה של העופות מורכב יותר ממה שהאמינו בעבר, עם השלכות על הניתוח האבולוציוני של אורגניזמים אחרים.
מטאור עצום אייית אבדון לרוב הדינוזאורים לפני 65 מיליון שנה. אבל לא כולם. לאחר אירוע ההכחדה, ציפורים – מבחינה טכנית דינוזאורים בעצמם – פרחו.
מדענים בילו מאות שנים בניסיון לארגן ולמיין כ-10,000 מִין של ציפורים לתוך עץ משפחה אחד ברור כדי להבין איך הדינוזאורים האחרונים ששרדו מילאו את השמים. זוֹל DNA רצף היה צריך להפוך את זה לפשוט, כפי שקרה לאינספור מינים אחרים.
אבל ציפורים היו מוכנות להונות אותנו.
בצמד מאמרי מחקר חדשים שפורסמו היום, 1 באפריל, מדענים חושפים שאירוע אחר לפני 65 מיליון שנה הטעה אותם לגבי ההיסטוריה המשפחתית האמיתית של ציפורים. הם גילו שקטע של כרומוזום אחד בילה מיליוני שנים קפוא בזמן, והוא סירב להתערבב יחד עם DNA קרוב כפי שהיה צריך.
חלק זה, רק שני אחוזים מהגנום של הציפורים, שכנע את המדענים שניתן לקבץ את רוב הציפורים לשתי קטגוריות עיקריות, עם פלמינגו ויונים כבני דודים אבולוציוניים. עץ המשפחה המדויק יותר, המהווה את החלק המטעה של הגנום, מזהה ארבע קבוצות עיקריות ומזהה פלמינגו ויונים כקשורים רחוקים יותר.
פלמינגו גדול יותר במיורקה, ספרד. גילוי תעלומה גנטית גילה כי פלמינגו ויונים קשורים קרוב יותר מכפי שחשבו בעבר. קרדיט: דניאל ג'יי פילד
פריצת דרך בחקר אבולוציה של ציפורים
"המעבדה שלי כבר בוחנת את הבעיה הזו של התפתחות ציפורים במשך זמן רב יותר ממה שאני רוצה לחשוב עליה", אמר אדוארד בראון, Ph.D., המחבר הבכיר של המאמר שפורסם ב- הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים ופרופסור לביולוגיה ב- אוניברסיטת פלורידה. "לא היה לנו מושג שיהיה נתח גדול מהגנום שיתנהג בצורה יוצאת דופן. קצת נתקלנו בזה".
בראון פיקח על צוות בינלאומי של משתפי פעולה בראשות Siavash Mirarab, פרופסור להנדסת מחשבים באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, כדי לפרסם את הראיות שלהם לכך שהנתח הדביק הזה של DNA ערער את ההיסטוריה האמיתית של התפתחות הציפורים. מיררב ובראון תרמו גם למאמר נלווה שפורסם ב טֶבַע המתאר את עץ משפחת הציפורים המעודכן, אותו הוביל יוספין סטילר באוניברסיטת קופנהגן.
שני המאמרים הם חלק מפרויקט גנומיקת העופות B10K בראשות גווג'י ז'אנג מאוניברסיטת ג'ה-ג'יאנג, אריך ג'רוויס מאוניברסיטת רוקפלר וטום גילברט מאוניברסיטת קופנהגן.
שני עצי משפחה של ציפורים סותרים זה את זה. עץ המשפחה העליון מגבש פלמינגו ויונים, בכחול וצהבהב בהתאמה, בצמוד זה לזה, בעוד שהעץ התחתון לא. אילן היוחסין העליון נבנה סביב עיוותים בגנום של ציפורים שמקורם בהכחדת הדינוזאורים. סביר להניח שהעץ המשפחתי התחתון מדויק יותר, לאחר שהביא בחשבון את החריגות הגנומיות הללו. קרדיט: אדוארד בראון
אנומליות גנטיות ותובנות אבולוציוניות
לפני עשר שנים, בראון ומשתפי הפעולה שלו הרכיבו עץ משפחה עבור ה-Neoaves, קבוצה הכוללת את הרוב המכריע של מיני ציפורים. בהתבסס על הגנום של 48 מינים, הם פיצלו את הניאובים לשתי קטגוריות גדולות: יונים ופלמינגו בקבוצה אחת, כל השאר בקבוצה השנייה. כשחזרו על ניתוח דומה השנה תוך שימוש ב-363 מינים, צץ עץ משפחה אחר שפיצל יונים ופלמינגו לשתי קבוצות נפרדות.
עם שני עצי משפחה סותרים זה את זה ביד, המדענים יצאו לצוד אחר הסברים שיכולים לומר להם איזה עץ נכון.
"כאשר הסתכלנו על הגנים הבודדים ואיזה עץ הם תמכו, פתאום צץ שכל הגנים שתומכים בעץ המבוגר, כולם נמצאים במקום אחד. זה מה שהתחיל את כל העניין", אמר בראון.
בחקירת המקום הזה, הצוות של בראון הבחין שהוא לא מעורב כמו שהיה צריך להיות במשך מיליוני שנים של רבייה מינית. כמו בני אדם, ציפורים משלבות גנים מאב ואמא לדור הבא. אבל ציפורים ובני אדם כאחד מערבבים תחילה את הגנים שירשו מהוריהם בעת יצירת זרע וביצית. תהליך זה נקרא רקומבינציה, והוא ממקסם את המגוון הגנטי של המין בכך שהוא מוודא שאין שני אחים זהים לחלוטין.
יונת פירות וומפו בקווינסלנד, אוסטרליה. גילוי תעלומה גנטית גילה כי פלמינגו ויונים קשורים קרוב יותר מכפי שחשבו בעבר. קרדיט: דניאל ג'יי פילד
הצוות של בראון מצא ראיות לכך שחלק אחד של כרומוזום ציפורים אחד דיכא את תהליך הרקומבינציה הזה במשך כמה מיליוני שנים בערך בזמן שהדינוזאורים נעלמו. לא ברור אם אירוע ההכחדה והחריגות הגנומיות קשורות.
התוצאה הייתה שהפלמינגו והיונים נראו דומים זה לזה בגוש הזה של DNA קפוא. אבל בהתחשב בגנום המלא, התברר ששתי הקבוצות קשורות יותר רחוק.
"מה שמפתיע הוא שהתקופה הזו של ריקומבינציה מדוכאת עלולה להטעות את הניתוח", אמר בראון. "ומכיוון שזה יכול להטעות את הניתוח, זה היה למעשה ניתן לזיהוי יותר מ-60 מיליון שנים בעתיד. זה החלק המגניב."
תעלומה כזו יכולה להיות אורבת גם בגנום של אורגניזמים אחרים.
"גילינו את האזור המטעה הזה בציפורים כי השקענו הרבה אנרגיה ברצף הגנום של הציפורים", אמר בראון. "אני חושב שיש מקרים כאלה בחוץ עבור מינים אחרים שפשוט לא ידועים כרגע."
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי הקרן הלאומית למדע.
