Галапагосский вьюрок: происхождение видов. Причины различий в строении клюва
В силу того, что Галапагосские острова никогда не являлись частью материка и возникли из недр земли, их флора и фауна уникальны. Большинство представителей являются эндемиками и более нигде на Земле не встречаются. К таковым относятся и разные виды галапагосских вьюрков. Впервые они были описаны Чарльзом Дарвином, открывшим их значение в теории эволюции.
Происхождение вида
Эндемичную группу небольших птиц некоторые ученые относят к семейству овсянковых, другие — к танагровым. Второе название – дарвиновы — они получили благодаря своему первооткрывателю. Молодой и амбициозный ученый был поражен природой островов. Он предположил, что абсолютно все вьюрки на Галапагосских островах имеют одного общего предка, попавшего сюда более 2 миллионов лет назад с ближайшего материка, то есть, вероятнее всего, из Южной Америки.
Все птицы имеют небольшие размеры, длина тела составляет в среднем 10-20 см. Основное отличие, которое подтолкнуло Ч. Дарвина к мысли о видообразовании – форма и размер клюва пернатых. Они сильно варьируются, и это позволяет каждому виду занимать свою отдельную экологическую нишу. Помимо того, существуют различия в окрасе оперения (черный и коричневый цвет преобладающие) и вокализации.
В результате его исследований и открытий небольшой галапагосский вьюрок вошел в мировую историю биологии, а загадочные и далёкие острова стали лабораторией под открытым небом, которая идеально подходит для наблюдений за результатами эволюционных процессов.
Современный взгляд
Вдохновившие Ч. Дарвина на создание теории эволюции вьюрки активно помогли современной науке в ее подтверждении. По крайней мере, об этом говорят ученый из университета Принстона Питер Грант и его коллеги.
Своими исследованиями они подтверждают, что причина появления разных видов галапагосских вьюрков кроется в кормовой базе и борьбе за нее между различными популяциями. В своей работе они говорят о том, что за достаточно короткий срок с одной из разновидностей птиц произошли такие изменения. Размер клюва вьюрка поменялся в результате того, что на остров прибыли конкуренты, а пищи было ограниченное количество. На это ушло 22 года, что для эволюционных процессов практически равносильно мгновениям. У вьюрков клюв уменьшился в размерах, и они получили возможность уйти от конкуренции, перейдя на иную пищу.
Результаты более чем 33-летней работы были опубликованы в журнале Science. Они подтверждают важную роль конкуренции в процессе образования новых видов.
На островах гнездится большое количество вьюрков, и все они эндемики, но чаще всего встречаются три основных вида из группы земляных. Остановимся на них более подробно.
Большой кактусовый вьюрок
Небольшая певчая птица (фото выше) обитает на четырех островах архипелага и, как несложно догадаться из названия, ее жизнь тесно связана с кактусами. Этот галапагосский вьюрок используют их не только в качестве укрытия, но и в пищу (цветы и плоды). Клюв продолговатой формы, крепкий, он наилучшим образом приспособлен для добывания насекомых и семян. Окрас черный, с серыми пятнами у самок.
Средний земляной вьюрок
Это один из видов певчих вьюрков, обнаруженных Ч. Дарвином на Галапагосских островах. Строение клюва сильное, мощное, приспособленное для щелканья семян небольших размеров. Основу рациона также составляют насекомые (в частности, он собирает паразитов с кожи конолофов и в черепах), а также ягоды. Согласно последним исследованиям, именно этот вид может служить достойным примером раннего симпатрического видообразования. Существуют две популяции (морфы), которые незначительно отличаются строением клюва. Однако это привело к различию в пении. В результате особи обеих популяций обитают на одной территории, но скрещиваются преимущественно только внутри морфы.
Остроклювый земляной вьюрок
Удивительный галапагосский вьюрок известен прежде всего одним из подвидов – septentrionalis. Его рацион состоит главным образом из крови других животных, обитающих на острове, в частности олушей. Острым и тонким клювом они буквально отщипывают кожу до тех пор, пока она не начнет кровоточить. Таким необычным способом они компенсируют потребность организма в жидкости, запасы которой на островах крайне малы. Предположительно, подобное поведение развилось в результате питания паразитами, которых птицы выклевывали у других животных.
У вида наблюдает половой диморфизм: самцы преимущественно черного оперения, а самки – серые с коричневыми пятнами.
Древесные вьюрки
Род состоит из шести видов, все они эндемики и обитают только на Галапагосских островах. Фауна и флора этого места крайне уязвимы и легко разрушаются, когда в них вмешиваются. Развивавшиеся изолированно от всего мира острова нуждаются в защите и охране. В частности, мангровый древесный вьюрок в настоящий момент находится под угрозой вымирания. Небольшие серые птицы с оливковой грудкой проживают только на одном острове – Исабела, численность популяции около 140 особей.
Интерес представляет то, как этот галапагосский вьюрок питается. Он предпочитает крупных личинок насекомых, достать которых из-под коры дерева порой бывает затруднительно, поэтому он использует специальный инструмент (палочки, веточки, травинки), которыми ловко копает внутри. Аналогично поступает еще одна птица из данного рода – дятловый древесный вьюрок (на фото), предпочитающий использовать в том числе колючки кактуса.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
«МУЗЫ ДАРВИНА»: ГАЛАПАГОССКИЕ ВЬЮРКИ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СТАНОВЛЕНИЯ ЭВОЛЮЦИОННОЙ БИОЛОГИИ
НАС КНИГИ ОБМАНУТ … (© Канцлер Ги)
Многие, читая учебники и научно-популярную литературу по истории эволюционного учения, встречали утверждения авторов о том, что большую роль в формировании взглядов Дарвина на эволюцию сыграли Галапагосские или Дарвиновы вьюрки. История эта повторяется во множестве источников самого разного рода (российских и зарубежных, научных, популярных и учебных):
«В 1835 году, посетив Галапагосские острова, Дарвин собрал достаточно доказательств верности своей теории. А помогли ему в этом маленькие птички – вьюрки». (Школьник, 2017)
«Во время этого путешествия Дарвин всё больше и больше убеждался в том, что виды живых организмов постепенно изменялись. Одним из ключевых наблюдений, подтолкнувших Дарвина к созданию его теории, было изучение галапагосских вьюрков.» (Сивоглазов, Агафонова, Титов, 2014)
«В случае с Дарвином на Галапагосских островах правда выглядит более странной, чем миф… Дарвин не был впечатлен маленькими коричневыми вьюрками во время своего пребывания на острове. Он полагал, что они являются всего лишь вариациями и не осознавал их реальных различий.»
«Популярный миф о том, что Галапагосские вьюрки критическим образом натолкнули Дарвина на мысли об эволюции, возник потому, что во втором издании его «Путешествии на Бигле» он добавил одно предложение о вьюрках: «Наблюдая такую градацию и разнообразие в одной маленькой, тесно связанной группе птиц, можно предположить, что из изначальной скудости птиц на архипелаге один вид был взят и модифицирован в разные стороны». Но этот короткий комментарий был чужд путевым заметкам и тысячам исследовательских записей Дарвина, не существует доказательств того, что он представлял его мысли в течение путешествия в 1835 году. Когда он добавил этот комментарий в 1845 году, он уже восемь лет верил в теорию эволюции. Однако же вьюрки приобрели славу частично из-за того, что редакции «Путешествия на Бигле» включали в себя иллюстрации вьюрков, что вместе с указанной цитатой создавало иллюзию того, что Дарвин считал вьюрков убедительным доказательством эволюции. В действительности же наблюдения Дарвином вьюрков были настолько скудны, что его мысли по их поводу были лишь предварительной догадкой, настолько, что он не ссылался на Галапагосских вьюрков в «Записках о трансмутации» и не использовал их как доказательство эволюции в «Происхождении видов» в 1859 году».
Согласны с данной позицией и другие исследователи:
«Дарвин не осознавал, что вьюрки являются вьюрками, он полагал, что они являются разными видами крапивников, земляных вьюрков и других птиц. Обычно он не вел аккуратный отчет о том, с каких островов происходили те или иные образцы птиц, это было потом установлено постфактум по записям других членов команды корабля, таких как капитан и Симс Ковингтон (юнга и позже ассистент Дарвина).» (Padian, 2009)
VERITAS (Девиз Гарварда)
Собственно, миф о «дарвиновых вьюрках» был всесторонне разоблачен еще 35 лет назад профессором Гарвардского университета Фрэнком Салловеем (Sulloway, 1982). В своей работе он подробно описывает историю возникновения данной легенды, а также реальное положение дел с вьюрками Дарвина.
В частности Ф. Салловей указывает на следующие обстоятельства:
1. Будучи на Галапагосских островах Дарвин ошибочно отнес вьюрков разных видов к не связанным друг с другом семействам (не осознавая их реального родства), свою ошибку он понял лишь в Англии на основании работ Джона Гулда.
2. В отличие от нескольких других членов экспедиции (в том числе капитана и юнги) Дарвин не помечал, на каком острове обитает тот или иной вид вьюрков, экземпляры которых он добывал при посещении островов. Уже в Англии он попытался это сделать, но допустил множество ошибок, на долгие годы запутав кураторов Британского музея (в то время как другие участники кругосветного плавания верно указывали места происхождения птиц),
3. Дарвин лишь мимоходом упоминал Галапагосских вьюрков в своих эволюционных рассуждениях, можно найти лишь буквально пару абзацев о вьюрках в многочисленных записках, посвященных разработке теории эволюции и написанных до 1859 года. В «Происхождении видов…» вьюрки вообще не упоминаются.
4. Легенда о влиянии Галапагосских вьюрков на Дарвина получила особое распространение в 1940-е годы одним из исследователей (не намеренно), после чего прочно вошла в «канон» орнитологических и эволюционных работ.
В заключение приведу несколько цитат из указанной работы ((Sulloway, 1982)
«По большей части ретроспективный характер понимания Дарвином его Галапагосских вьюрков очевиден не только из его попыток уже после окончания путешествия реконструировать происхождение конкретных образцов с определенных островов, но и из его теоретических концепций касательно данных птиц. В противоречие с легендой, кажется, Дарвиновы вьюрки не вдохновляли его ранние теоретические взгляды на эволюцию, даже после того, как он, в конце концов, стал эволюционистом в 1837 году, напротив, именно его эволюционные взгляды позволили ему (задним числом) понять запутанную историю с вьюрками.
Не только это ретроспективное понимание пришло к Дарвину удивительно медленно, но оно было гораздо более ограниченным, чем это обычно предполагают. Вьюрки не упоминаются, к примеру, ни в одной из четырех записных книжек «О трансмутации видов», которые Дарвин начал вести в июле 1837 года и продолжал до последних месяцев 1839. Не упомянуты они и в поздних частях Красной записной книжки, написанной между мартом и июлем 1837 года, которая предваряла указанную выше серию, и которая содержала в себе его ранние размышления о трансмутации видов. Хотя Дарвин часто обсуждал в данных записных книжках две темы, с которыми вьюрки обычно ассоциируются: видообразование через географическую изоляцию и адаптивную радиацию в не занятые экологические ниши, он всегда цитировал другие примеры, а не вьюрков»
«Как это не покажется удивительным, Дарвин не опубликовал ничего больше о своих знаменитых вьюрках после короткого и загадочного намека на них, который он вставил во вторую редакцию своего Журнала [фраза о том, что можно предположить, что разновидности вьюрков появились от одного изначального вида – А.Л.]. И по крайней мере публично он никогда не выставлял своих вьюрков вперед как доказательство теории эволюции. В «Происхождении видов» (1859) Галапагосские вьюрки не упоминались, хотя сами Галапагосские острова используются в шести разных случаях для иллюстрирования общего отношения обитателей океанических островов и животных близлежащих континентов, феномена репрезентативных видов и отсутствия определенных классов организмов, таких как млекопитающие, на отдаленных островах. Ближе всего Дарвин подошел в эти, более поздние годы, к обсуждению происхождения Галапагосских вьюрков в «Естественном отборе», более пространной версии «Происхождения видов…», которая была прервана предсказанием теории естественного отбора Альфредом Расселом Уоллесом. Когда Дарвин сократил материал своей «Большой книги» для «Происхождения видов…», он опустил пример с вьюрками из соответствующей дискуссии. Как вышло, что Дарвин решил умолчать в «Происхождении видов…» то, что сейчас является вероятно самым цитируемым «учебным» примером верности его эволюционных взглядов? Ответ на данный вопрос заключается в том, что Дарвин не считал случай с Галапагосскими вьюрками в каком-либо виде критическим для своей аргументации. В этом смысле мы должны различать, что мы знаем о Дарвиновых вьюрках сейчас, и что Дарвин знал о них в 1859 году»
Почему же миф живет и здравствует и поныне? Здесь вряд ли стоит искать идеологическую составляющую (как в научном мифе о собственно характере эволюции Дарвиновых вьюрков), для эволюционной биологии совершенно безразлично, играли ли вьюрки роль в формировании идей дарвинизма или нет.
Скорее дело в том, что Дарвин в эволюционном пантеоне занимает ту же роль, какую занимал в коммунистическом иконостасе Владимир Ильич Ленин. И как вождю мировой революции приписывали практически сверхчеловеческие качества, так и вождю мировой эволюции нередко приписывают свойства, превышающие дарованные простым смертным ученым. И вьюрки Дарвина играют роль, аналогичную роли яблока для Ньютона, правда, в случае с Ньютоном, мы не знаем, как оно было на самом деле, а вот с Дарвином картина гораздо более ясная.
Мягкова Ю.Я. Теория эволюции. Учебное пособие. (2017, ISBN: 9785448371851).
Сивоглазов В. Агафонова И. Титов С. Естествознание. Базовый уровень. 11 класс.(Дрофа, 2014).
Школьник Ю. Птицы. Полная энциклопедия. (Эксмо, 2017).
Abzhanov Arhat. Darwin’s Galápagos finches in modern biology. (Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. April 12, 2010) .
BSCS Biology: A Molecular Approach (Glencoe/McGraw-Hill Companies, 2006).
Kricher John C. Galápagos: A Natural History (Princepton University Press, 2006).
Mader Sylvia S., Essentials of Biology (McGraw Hill, 2007).
Martinez Alberto A. Science Secrets: The Truth about Darwin’s Finches, Einstein’s Wife and, Other Myths (University of Pittsburg Press, 2011).
Sulloway F. J. Darwin and His Finches: The Evolution of a Legend (Journal of the History of Biology, vol. 15, no. 1, Spring 1982).
Padian K. Ten Myths about Charles Darwin (BioScience, October 2009).
Новый вид за три поколения
Галапагосские вьюрки считаются классическим примером быстрого видообразования. Все пятнадцать современных видов произошли от единого вида-предка, появившегося на островах всего несколько миллионов лет назад. Однако, согласно последним исследованиям, новые виды вьюрков могут возникать буквально за считанные поколения.
Супруги Розмари и Питер Грант посвятили 40 лет изучению вьюрков Галапагосского архипелага. Начиная с 1973 года они проводили на островах по 6 месяцев в году, наблюдая за птицами. Собранные ими данные легли в основу нескольких крупных исследований, одно из которых [1] было опубликовано на прошлой неделе в журнале Science.
История началась в 1981 году, когда студент, работавший с Грантами на острове Дафне-Майор (Daphne Major), заметил вьюрка-пришельца, значительно превосходившего размерами все три вида местных вьюрков. Исследователи поймали пришельца, взяли у него кровь и отпустили. Проведенный впоследствии генетический анализ крови показал, что это был большой кактусовый земляной вьюрок Geospiza conirostris, какие водятся на одном единственном острове более чем в ста километрах от места поимки. Для вьюрков нехарактерны столь далекие перелеты, так что это событие было выдающимся. Исследователи проследили за судьбой пришельца и шести поколений его потомков.
Рис. 1. Дарвиновы вьюрки. Рисунок из «Путешествия натуралиста вокруг света на корабле „Бигль“»
На острове Дафне мигрант осел и завел подругу из местных средних земляных вьюрков G. fortis (номер 2 на рис. 1). От этой связи появились птенцы — как и отец, необычно большие, с большими клювами и поющие странные песни. Один из сыновей образовал пару с самкой того же местного вида, из которого была его мать, а остальные потомки скрещивались между собой.
Предыдущие исследования показали, что на выбор партнеров у вьюрков влияют размеры тела, клюва и манера пения, а кроме того, в раннем возрасте происходит импринтинг, и птенцы запоминают в качестве образца параметры родителей. Так что вполне возможно, что гибридные потомки не имели успеха у местных вьюрков, а сами находили привлекательными только своих родственников. Подобный пример репродуктивной изоляции гибридов был описан ранее у бабочек рода Heliconius, у которых цвет крыльев гибрида оказался непривлекательным для представителей родительских видов [2].
В 2003–2005 годах во время сильной засухи на острове Дафне погибли практически все представители новой линии вьюрков, кроме брата с сестрой из третьего поколения. Начиная с этого момента их потомки полностью игнорировали все три местных вида вьюрков и скрещивались исключительно между собой (рис. 2). На протяжении всего этого времени исследователи метили каждое новое поколение и брали образцы крови. Дальнейшее полногеномное секвенирование собранных образцов подтвердило описанные родственные связи и отсутствие скрещиваний с другими видами после третьего поколения. Начиная с третьего поколения гибриды оказались полностью репродуктивно изолированы.
Рис. 2. Схема скрещиваний гибридной линии вьюрков [1] Несмотря на огромное количество близкородственных скрещиваний, новая линия вьюрков оказалась экологически успешной. Большой клюв позволял им переживать засухи, питаясь семенами растения Tribulus cistoides (якорец ладанниковый), которые местным вьюркам не всегда удавалось разгрызть. Так что к моменту окончания исследования в 2012 году на острове жили уже четыре вида вьюрков разных размеров с клювами разной формы, поющих по-разному и не скрещивающихся между собой.
Птицы нового вида уже не были похожи на прародителя и пели иначе, так что большие кактусовые земляные вьюрки, живущие за сотню километров от Дафне, тоже вряд ли приняли бы их за своих. Выходит, всего за несколько поколений на глазах у исследователей появился новый вид птиц, которых изучал еще Дарвин.
Стоит отметить, что гибридизация может как создавать новые виды, так и уничтожать старые. На острове Флореана того же Галапагосского архипелага два вида вьюрков постепенно сливаются в один, потому что их гибриды оказались более устойчивы к паразитическим мухам, занесенным на остров [3]. В то же время далекие родственники этих вьюрков, живущие в городах, нашли другой интересный способ борьбы с паразитами: они научились притаскивать в гнезда сигаретные окурки [4]. Но это уже совсем другая история.
Зоя Червонцева,
аспирантка ФББ МГУ им. Ломоносова
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Галапагосские вьюрки форма естественного отбора
1) строительство разных по форме гнёзд
3) питание разными видами кормов
4) различия в окраске перьев
Видообразование — процесс возникновения новых биологических видов и изменения их во времени. Основа видообразования – наследственная изменчивость организмов, движущий его фактор – естественный отбор и окончательно-репродуктивная изоляция. Часто аллопатрическая (географическая)и симпатрическая (экологическая) формы видообразования действуют вместе, сменяя и дополняя друг друга, поэтому чётко определить границы каждой из них трудно.
Превосходным примером того, каким образом предположительно единая популяция может дивергировать в процессе адаптации к новым местообитаниям (процесс, называемый адаптивной радиацией), служит группа вьюрков, обитающих на Галапагосских островах, к западу от побережья Эквадора. Этих птиц называют «дарвиновыми вьюрками», так как Дарвин изучал их во время своего путешествия на «Бигле». В настоящее время на Галапагосских островах живут 14 видов вьюрков. В результате радиации они образовали ряд сильно отличающихся друг от друга форм. Разнообразие этих птиц наиболее ярко выражено в характере их питания и в форме клюва. У одних видов клюв приспособлен для раздавливания семян разной величины; у других – для схватывания насекомых и почек растений; у третьих – для извлечения насекомых из-под коры деревьев. Возможно также, что внешний вид клюва играет определенную роль в демонстрациях при ухаживании и тем самым способствует репродуктивной изоляции.
Согласно Лэку, первыми воробьиными птицами, прибывшими на Галапагосские острова, была, возможно, стая предковых вьюрков. Эти вьюрки нашли здесь большие и разнообразные пищевые ресурсы при отсутствии конкурентов и хищников. Результатом была адаптивная радиация, в процессе которой представители исходной группы оказались изолированными на разных островах, приспособились к местным условиям и дали начало 14 самостоятельным видам. Вследствие особых условий, характерных для Галапагосских островов, многие из этих вьюрков заняли экологические ниши, обычно несвойственные вьюркам. Географическая изоляция друг от друга и от птиц, населяющих материк, а также возможности для быстрой дивергенции в результате приспособления к новым местообитаниям сыграли, вероятно, решающую роль в адаптивной радиации дарвиновых вьюрков.
Полные геномы галапагосских вьюрков наконец-то раскрыли механизмы их эволюции
Полные геномы галапагосских вьюрков наконец-то раскрыли механизмы их эволюции
Автор
Редактор
У всех ученых-биологов есть любимые модельные системы: к примеру, молекулярные биологи исследуют активность генов с помощью люциферазы светлячка, потому что по ее свечению сразу видно, в каких клетках работает интересующий ученых генетический элемент. Нейробиологи изучают свойства крупных нервных клеток моллюсков, потому что с ними удобно работать, а генетики исследуют наследственность на мушках-дрозофилах, у которых удобно контролировать скрещивание и быстро сменяются поколения. Биологи, которые исследуют эволюцию, тоже обладают любимыми модельными системами, хотя их «рабочие установки» несколько более масштабны. Самая известная «лаборатория» исследователей эволюции — Галапагосские острова, населяемые несколькими видами вьюрков. Эти птицы очень похожи между собой во всем, кроме формы клюва. Еще Дарвин предположил, что эти виды произошли от одного предка, который когда-то заселил острова, а затем виды разделились, поскольку птицы приспосабливались к разным видам пищи — к семенам, насекомым или нектару (рис. 1). Дарвина поразило, что эти птицы, так похожие на обитателей американского континента, все же представляют собой отдельные виды, специфические именно для Галапагосских островов, и к тому же, по-видимому, адаптировавшиеся к разным нишам в новой среде обитания. Эти наблюдения развили в нем интерес к идее об изменении видов. Надо сказать, что Дарвину повезло с возможность попасть на острова, поскольку, как мы сейчас знаем, специализация в таких изолированных сообществах происходит быстрее, и Дарвину посчастливилось увидеть действительно выразительный пример, когда птицы разных видов были явно похожи, но их клювы «заточились» под определенный вид пищи.
Рисунок 1. Форма клюва Галапагосских вьюрков приспособлена к питанию определенной пищей.
С XIX века возможности исследователей эволюции существенно расширились — теперь они не ограниченны анализом внешних признаков. К изучению классической системы Галапагосских островов теперь можно подойти со всем арсеналом новых методов. В частности, можно определить генотипы большого количества вьюрков, и посмотреть, что отличает их на уровне ДНК. Сравнивая количество отличий в ДНК у представителей разных видов птиц, можно построить схему расхождения их видов [1] и выяснить, соответсвует ли она нашим представлениям об приспособлении птиц к разным экологическим нишам островов.
Ранее такие деревья расхождения видов вьюрков уже строились, но тогда ученые ограничивались лишь скромным сравнением их митохондриальной ДНК или отдельных ядерных маркеров. Митохондриальная ДНК, во-первых, представляет собой лишь незначительную часть всей ДНК клетки, а во-вторых, не содержит в себе информации об изменениях, которые непосредственно повлияли на форму клюва. ДНК митохондрий содержит лишь часть информации о белках этих клеточных органелл, а все гены, которые отвечают за внешние признаки организма, находятся в ядре клетки. Если ДНК митохондрий пары видов на данный момент отличается сильнее, чем ДНК митохондрий другой пары видов, можно думать, что первая пара видов произошла от общего предка раньше, чем вторая, поскольку различия в ДНК видов, которые перестали скрещиваться, со временем накапливаются. Однако, конечно, хочется знать и конкретные гены, которые привели к разделению видов, а не просто случайные мутации, которые накопились в ДНК со временем. Поэтому на этот раз ученые проанализировали полные последовательности ДНК 120 птиц, представляющих все виды вьюрков Галапагосских островов [2]. Они нашли все различия в ДНК, характерные для разных видов птиц, и среди отличающихся фрагментов нашли гены, которые могут влиять и на форму клюва. Так наконец мы подошли к самому механизму, который позволил потомкам одного вида птиц приспособиться к разным экологическим нишам островов и создать настоящее разнообразие.
В целом получившаяся таксономия оказалась сходной с ранее построенными, хотя по данным полных геномов оказалось, что один из видов, выделявшихся ранее, на самом деле нужно разделить на три (рис. 2). Полученные данные позволили восстановить некоторые подробности эволюционной истории вьюрков Галапагосских островов. По данным полных геномов птиц, первое разделение видов произошло 900 тыс. лет назад. Разделение на земляные и древесные виды началось лет назад и было довольно быстрым. Между некоторыми видами обнаружился поток генов, то есть, скрещивания могли иногда происходить и после разделения видов. После разделения по средам обитания (земляные и древесные виды) поток генов между видами одной среды обитания был ожидаемым образом сильнее, чем между видами разных сред обитания.
Рисунок 2. Таксономия Галапагосских вьюрков на основании данных о полных последовательностях геномов.
Но самым интересным было найти конкретные гены, которые сделали птиц на островах более разнообразными. Для этого ученые сгруппировали полученные последовательности ДНК по формам клюва их носителей и нашли, какие области ДНК характерны для обладателей клювов разной формы. Всего было найдено 15 областей генома, последовательности которых были более сходными у птиц с одинаковой формой клюва, и различались сильнее у птиц с разными клювами. Из них 6 регионов содержало гены, имеющие отношение к развитию лицевого отдела черепа и/или клюва у млекопитающих или птиц. Все эти гены потенциально могли быть ответственными за адаптацию формы клюва птиц к типу употребляемой пищи. Сильнее всего соответствовал форме клюва достаточно протяженный регион ДНК птиц, содержавший, в том числе, ген транскрипционного фактора ALX1. Этот белок играет ключевую роль в миграции нервных клеток нервного гребня в ходе развития головы зародыша птицы. Ген ALX1 — отличный кандидат на главную роль в изменении формы клюва вьюрков. Но с формой клюва у птиц была связана не только последовательность этого гена, но и последовательности участков ДНК в протяженной области вокруг него (целых 240 тысяч нуклеотидов). Такую последовательность расположенных рядом и, как правило, наследуемых вместе элементов хромосомы называют гаплотипом. Особи с определенной формой клюва, как правило, обладали двумя копиями определенного гаплотипа этого участка. Гаплотипы, соответствовавшие тупой и заостренной форме клюва, возникли вскоре после первого разделения вьюрков на виды, и с тех пор накопили целых 335 различий. Некоторые из них изменяют места связывания транскрипционных факторов, некоторые изменяют аминокислотную последовательность белка ALX1, а некоторые, по-видимому, никак не проявляют себя. Интересно, что варианты гаплотипа могли варьировать и в пределах одного вида — так, у Geospiza fortis, у представителей которого форма клюва может отличаться, нуклеотидные замены в гене ALX1 были многочисленными и также ассоциировались с формой клюва.
Интересно, что вьюрки менялись в последний миллион лет и продолжают меняться и буквально на наших глазах. В 1986 году на островах была засуха, которая повлияла на количества и виды доступной пищи. В результате заостренные клювы стали более «выгодными» и более распространенными, в том числе, благодаря межвидовой гибридизации птиц. Оказалось, что близкие по генетических признакам виды вьюрков могут скрещиваться между собой, а получившиеся гибриды могут давать плодовитое потомство от представителей любого из родительских видов. Исследователи изучили генотипы вида Geospiza fortis с большим разнообразием клювов и генотипы гибридов этого вида с другими видами (Geospiza scandens и Geospiza andfuliginosa), обладающими заостренными клювами. У гибридов G. fortis с G. scandens и G. andfuliginosa доля гаплотипов ALX1, соответствовавших заостренному клюву, была выше. Это подтверждает, что найденный биоинформатическими методами участок генома действительно имеет отношение к определению формы клюва у разных видов птиц. По-видимому, «заимствование» более выгодного гаплотипа у других видов сыграло значительную роль в распространении заостренных клювов, которое помогало птицам приспособиться к меняющимся условиям жизни в последние десятилетия. В общем, эволюция продолжается.