Пингвины эволюционируют медленнее, чем другие птицы

Пингвины (семейство Spheniscidae) появились более 60 млн лет назад; со временем они приобрели ряд морфологических, физиологических и поведенческих признаков, которые позволили им заселить области с экстремально холодным климатом. Не все знают, что их ареал отнюдь не ограничивается Антарктидой — отдельные виды встречаются даже на экваторе. Это крайне специализированная группа птиц, потерявших способность летать и приспособленных к жизни на берегу морей, включая холодные воды Южного Океана.

Ранние исследования эволюции пингвинов имели существенные недостатки из-за числа рассматриваемых групп животных, выбора молекулярных маркеров и т.д. Также прежние исследования геномики пингвинов не учитывали вымершие таксоны, хотя почти три четверти этих птиц давно исчезли, и реконструировать филогенез семейства без них трудно. Вымершие пингвины также важны для учета роли биогеографических факторов и изменения климата в эволюции семейства.

Для оценки скорости и факторов эволюции пингвинов международная группа ученых использовала комплексный подход. Авторы рассмотрели геномы всех ныне живущих и недавно исчезнувших пингвинов (всего 27 таксонов) наряду с данными палеонтологии, морфологии и биогеографии. Они были проанализированы с помощью байесовского подхода к филогенетике, что позволило более полно охарактеризовать видообразование и миграции древних птиц.

Авторы указывают, что особое значение для эволюции пингвинов имели геологические события прошлого, глобальные изменения климата и очертаний морей. Оказывается, что исторической родиной пингвинов является отнюдь не Антарктика, а Новая Зеландия, где они возникли 60 миллионов лет назад, когда ледяного щита Антарктиды еще не было. Первые предки пингвинов окончательно потеряли способность летать и научились плавать и нырять благодаря крыльям в форме ласт и обтекаемому телу. Они образовали множество форм, после чего широко расселились по побережьям Южной Америки и ледяного континента.

Современные пингвины отнесены к кроновой группе (crown group) этого таксона, возникшей примерно 15–20 миллионов лет назад. В то же время стволовая группа (stem group) пингвинов существовала первые 50 миллионов лет — и именно они приобрели (причем довольно быстро) множество специфических адаптаций, общих для этих птиц.

Так, будучи отличными ныряльщиками, пингвины приспособлены к гипоксии — благодаря повышенной концентрации миоглобина и использованию анаэробного метаболизма. Исследователи выделили семь генов, связанных с транспортом кислорода, которые подвергались активному положительному отбору у древних пингвинов, в том числе ген рецептора трансферрина 1 (TFRC).

Помимо этого, пингвинам зачастую приходится охотиться на значительной глубине, в условиях низкой освещенности и бедной цветовой гаммы, что повлияло на их зрение. Морфологические исследования показали, по меньшей мере некоторые из них имеют трихроматическое зрение — это подтверждают и данные геномики. Большинство птиц имеют тетрахроматическое зрение.

Современные пингвины весят от 1 до более 40 кг (императорский пингвин Aptenodytes forsteri), хотя палеонтологи описали и вымершие виды весом в центнер. Авторы выделили два гена (CREB3L1 и SMARCAD1), подвигнувшиеся положительному отбору у рода Aptenodytes и ассоциированные с их крупными размерами.

Установлено, что недавнее видообразование внутри таксонов семейства пингвиновых (Eudyptes, Megadyptes, Spheniscus и Eudyptula) происходило на фоне сложных изменений потока генов и неполной репродуктивной изоляции сестринских, а также родительских и дочерних групп, что затрудняет выделение некоторых видов.

Наконец, оценка скорости эволюционного процесса более 300 геномов различных птиц показало, что именно пингвины наряду с родственными им буревестникообразными (Procellariiformes) изменяются медленнее всех прочих птиц.