Noen av artene som har fått genomene sine kartlagt. Bildet er tatt ved National Museum of Natural History i Washington.  (Foto: AAAS/Carla Schaffer)
Noen av artene som har fått genomene sine kartlagt. Bildet er tatt ved National Museum of Natural History i Washington. (Foto: AAAS/Carla Schaffer)

45 fugle-genomer kartlagt

En formidabel forskerinnsats har gitt oss innsikt i genene til arter fra alle hovedgrupper av fugler. Nå kaster de nye dataene lys over både fuglesang og pippipenes manglende tenner.

Publisert

Fugler finnes over hele kloden. De utgjør faktisk den mest artsrike klassen av firbente virveldyr på jorda – med over 10 000 forskjellige arter, fra struts til kolibri. Likevel er det mye forskerne ikke vet om fuglenes utvikling og stamtavle.

Hvem er nærmest i slekt med hvem? Hvor ble det av fuglenes tenner? Og hvordan lærte fuglene å synge?

Nå har forskerstanden tatt et solid skritt nærmere svarene på flere av spørsmålene rundt verdens fugler:

Ei gruppe på over 200 forskere har nemlig brukt fire år på å kartlegge genomene til hele 45 ulike fuglearter, fra alle hovedgruppene av fugler.

Og så har de begynt å sammenligne genene til disse 45 artene, pluss tre arter som var kartlagt fra før.

Slike sammenligninger kan nemlig avdekke hvordan fuglene har utviklet seg siden den første fuglen oppstod fra en gruppe fjærkledte dinosaurer, for kanskje 150 millioner år siden.  

Og i dag kom første dryss av avsløringer: Intet mindre enn 28 forskningsartikler slippes samtidig. Åtte av dem dukker opp i denne ukas Science.

- Storveis

- Jeg må si at dette er storveis, kommenterer professor Glenn-Peter Sætre fra Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES) ved Universitetet i Oslo.

Han forsker selv på fuglenes utvikling, men er ikke involvert i den store genom-kartleggingen. Sætre mener de nye resultatene betyr mye for forståelsen av fugler og deres utvikling.

- Fram til nå er det blitt publisert noen få enkeltgenomer, for eksempel genomet til kyllingen og sebrafinken. Men her har vi plutselig nesten 50 genomer spredt ut over alle hovedgruppene av fugler. Det gir oss en helt annen mulighet til å forstå fuglenes evolusjon.

Forskerne kartla genomene til arter fra alle hovedgruppene av fugler.  (Foto: AAAS/Carla Schaffer)
Forskerne kartla genomene til arter fra alle hovedgruppene av fugler. (Foto: AAAS/Carla Schaffer)

I tillegg har et annet team forskere også kartlagt genomene til tre krokodiller – fuglenes nærmeste nålevende slektninger.

Sætre mener det samlede materialet kommer til å bli grunnlaget for mange nye oppdagelser i åra som kommer.

Og i tillegg har altså de ulike forskergruppene i prosjektet allerede nå kommet med mange funn.

Nytt familietre for fuglene

Et av teamene har lagd et nytt og riktigere familietre for dagens fugler. Et slikt tre er en måte å beskrive hvordan alle fugleartene utviklet seg fra en felles forfar. Og treet kan være svært nyttig. Det kan for eksempel gi mer informasjon om når og hvordan ulike fuglearter og karaktertrekk oppstod.

Men det er slett ingen enkel oppgave å plassere fuglene riktig i treet, forklarer Sætre.

Det henger sammen med det som populært kalles fugleevolusjonens big bang.

Selv om fuglene oppstod allerede mens dinosaurene regjerte på jorda, var det først relativt få typer. Men da dinosaurene døde ut, for rundt 66 millioner år siden, eksploderte antallet arter. I løpet av noen relativt få millioner år oppstod nesten alle hovedgruppene av fugler som finnes i dag.

Fuglenes nye stamtavle. (Foto: Julie McMahon, University of Illinois)
Fuglenes nye stamtavle. (Foto: Julie McMahon, University of Illinois)

I denne voldsomme spruten av nye arter er det vanskelig å spore hva som egentlig skjedde. Hvilke grupper som er nært i slekt og hvilke som ligger langt fra hverandre. Men det nye stamtreet gir sikrere svar. Noen av oppdagelsene er litt overraskende, sier Sætre.

Samme evne til sang utviklet tre ganger

- For eksempel er flamingoer søstergruppen til duer. Det skulle du ikke tro når du ser på dem.  

Det viste seg også at falker er nærmere beslektet med papegøyer enn med ørner.

Professoren synes i tillegg det er kommet fram spennende kunnskap om fuglenes evne til å synge.

- Tre grupper av fugler er gode til å lære seg sang: Spurvefugler, kolibrier og papegøyer. Nå ser det ut til at disse gruppene har utviklet denne evnen uavhengig av hverandre. Men det er de samme genene og nervesentrene som er involvert hos alle gruppene.

- Evolusjonen har altså kommet til samme løsning tre ganger. Og her finnes det til og med en artig parallell til menneskene. Noen av de samme genene er nemlig viktige for evolusjonen av språk hos oss.

Materialet viser også at tilpasninger til vannliv har utviklet seg parallelt i tre ulike grupper fugler, konkluderer et av forskerteamene bak kartleggingen.

Det samme gjelder fugler som har mistet evnen til å fly, som strutser og pingviner. Alle disse stammer altså ikke fra den samme flygeudyktige forfaren, men har mistet evnen i ulike episoder i evolusjonen.

Fant levninger etter tenner i genene

Et annet område som kartleggingen har kastet lys over, er fuglenes mangel på tenner. Dinosaurene som fuglene stammer fra hadde jo munnen full. Hvor ble det av dem?

Var det alle fuglers formor som mistet gebisset, eller var det flere fuglegrupper som først hadde tenner, men som så tapte dem på ulike tidspunkter?

Levninger av gener for emalje og tannbein kunne gi svar på alt dette, skriver en annen av gruppene bak kartleggingen.

Deres analyser antyder at forfaren til alle moderne fugler var blitt tannløs, allerede for 100 millioner år siden. Dermed ser det altså ut til at det tannløse nebbet nesten alltid har vært et karakteristisk trekk ved fuglene.

- De har utviklet veldig stor variasjon i nebbform, og dette er nok noe av forklaringa på fuglenes enorme suksess, sier Sætre.

Han mener at mange av resultatene forskerne kommer med kanskje ikke er så overraskende, men at de har gitt oss bekreftelser på mistanker forskerne har hatt.

- Men det er slike enorme mengder med data som er publisert. Jeg vil sikkert oppdage flere nye perler etter hvert og også finne inspirasjon til egne studier. Vi kan nok boltre oss i dette materialet i mange år.

- Arbeidet har bare så vidt begynt.

Referanser:

Guojie Zhang m. fl., Comparative genomics reveals insights into avian genome evolution and adaptation, Science, 12. desember 2014, vol. 346, nr. 6215.

Erich D. Jarvis m. fl., Whole-genome analyses resolve early branches in the tree of life of modern birds, Science, 12. desember 2014, vol. 346, nr. 6215.

Qi Zhou m. fl., Complex evolutionary trajectories of sex chromosomes across bird taxa, Science, 12. desember 2014, vol. 346, nr. 6215.

Richard E. Green m. fl., Three crocodilian genomes reveal ancestral patterns of evolution among archosaurs, Science, 12. desember 2014, vol. 346, nr. 6215.

Robert W. Meredith m. fl., Evidence for a single loss of mineralized teeth in the common avian ancestor, Science, 12. desember 2014, vol. 346, nr. 6215.

Siavash Mirarab m. fl., Statistical binning enables an accurate coalescent-based estimation of the avian tree, Science, 12. desember 2014, vol. 346, nr. 6215.

Andreas R. Pfenning m. fl., Convergent transcriptional specializations in the brains of humans and song-learning birds, Science, 12. desember 2014, vol. 346, nr. 6215.

Osceola Whitney, Core and region-enriched networks of behaviorally regulated genes and the singing genome, Science, 12. desember 2014, vol. 346, nr. 6215.

Xing Xu, An integrative approach to understanding bird origins, Science, 12. desember 2014, vol. 346, nr. 6215.