Międzynarodowy zespół naukowców opublikował przełomowe badanie dotyczące współczesnych zmian ewolucyjnych w populacjach naturalnych. W badaniu wykorzystano jeden z największych zbiorów danych genomicznych, jakie kiedykolwiek stworzono dla zwierząt w ich naturalnym środowisku, obejmujący prawie 4000 zięb Darwina. Badanie ujawniło genetyczne podstawy adaptacji w tej kultowej grupie. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Science.
Odkąd Darwin napisał o ziębach zamieszkujących Wyspy Galapagos, biolodzy badali te małe ptaki śpiewające, aby zrozumieć mechanizmy ewolucji. W ciągu ostatniego miliona lat jeden gatunek przodków przekształcił się w 18 różnych gatunków. Siła zięb Darwina jako organizmu badawczego polega na tym, co mogą wykazać na temat wczesnych stadiów specjacji. Peter i Rosemary Grant (Princeton University) śledzili prawie każdą osobę na Daphne Major począwszy od lat 70. XX wieku. Ich praca pokazuje, że zięby Daphne Major ewoluowały w odpowiedzi na zmiany w środowisku i interakcje między gatunkami. Międzynarodowy zespół zsekwencjonował genomy niemal każdej zięby badanej na Daphne i ujawnił architekturę genetyczną zmian adaptacyjnych.
„Myślę, że to naprawdę ekscytująca okazja, aby połączyć nasze rozumienie zmian ewolucyjnych w głębokiej przeszłości z obserwacjami z chwili obecnej” – mówi Erik Enbody, główny autor badania i były pracownik podoktorski na Uniwersytecie w Uppsali. „Dane genomiczne to potężne narzędzie umożliwiające obserwacje ptaków w terenie i poznanie czynników, które ukształtowały ich ewolucję”, dodaje, że tego rodzaju badania na taką skalę nie byłyby możliwe bez dziesięcioleci badań na Galapagos.
„Jedną z niezwykłych rzeczy, które odkryliśmy, jest to, że tylko kilka loci genetycznych wyjaśnia znaczną część zmienności dzioba zięby” – mówi Leif Andersson (Uniwersytet w Uppsali i Texas A&M University), starszy autor badania. „Wydaje się, że jednym ze sposobów ewolucji tych zmian genetycznych jest łączenie wielu genów, które następnie podlegają doborowi naturalnemu w miarę zmiany środowiska”.
Wyniki te mogą zaskoczyć genetyków człowieka, dla których wiele wariantów genetycznych odpowiada na przykład jedynie za niewielką różnicę w wzroście człowieka.
W ciągu trzech dekad badań dziób zięby średniej wielkości stał się mniejszy. Wykorzystując genomy wszystkich zięb Daphne, naukowcy wykazali, że wynika to z przeniesienia genów od zięby drobnoziarnistej w drodze hybrydyzacji i okresów suszy, podczas których osobniki z mniejszymi dziobami przeżywały lepiej.
„To badanie podkreśla wartość badań długoterminowych w zrozumieniu mechanizmu zmian ewolucyjnych” – mówi Peter Grant.
Naukowcy pobrali kroplę krwi z żyły skrzydłowej i opasali każdego ptaka. Pozwoliło im to wyśledzić je i określić, jak długo przetrwały, z kim się kojarzyły i jakie było ich potomstwo.
„Dzięki zbieraniu próbek krwi przez cały czas trwania badania, mieliśmy próbki dostępne do badań genomicznych, gdy technologia stała się dostępna” – dodaje Rosemary Grant.
Naukowcy badali nie tylko ziębę średnią, ale całą społeczność czterech gatunków zięb występujących na wyspie. Kaktus zwyczajny doświadczył stopniowej zmiany w kierunku bardziej tępych dziobów w miarę zmiany warunków na wyspie i nasilenia hybrydyzacji ze średnim ziębą naziemną. Badanie to ukazuje dynamiczny obraz tego, jak gatunki dostosowują się do zmieniającego się środowiska poprzez kombinację zmian genetycznych o dużych efektach fenotypowych, które czasami są przenoszone między gatunkami. Ponieważ środowisko globalne stale się zmienia, zięby z wyspy Galapagos zapewnią cenne okno na zrozumienie, w jaki sposób ptaki, ich struktura genetyczna i środowisko oddziałują na siebie, kształtując przyszłość dzikich populacji.