Voor Charles Darwin boden vogels een venster op het proces van natuurlijke selectie - en uiteindelijk evolutie. Na het observeren van de opmerkelijke variatie van snavels tussen de vinken van de Galapagos-eilanden in de jaren 1830, merkte de Britse natuuronderzoeker op: “Als je deze gradatie en diversiteit van structuur ziet in een kleine, intiem verwante groep vogels, zou je je dat echt kunnen voorstellen van een originele schaarste aan vogels in deze archipel, één soort was genomen en aangepast voor verschillende doeleinden. ”Meer dan 150 jaar na Darwin blijven de evolutionaire relaties tussen vogels een dwingend mysterie.
gerelateerde inhoud
- Deze 99 miljoen jaar oude vogel bestond naast dinosaurussen
Deze maand zal een coalitie van universiteits- en overheidsvogelwetenschappers beginnen met een ambitieuze poging om die relaties met het nieuw gelanceerde OpenWings Project te ontwarren. Het project, gefinancierd door de National Science Foundation, heeft als doel een volledige levensboom of fylogenie te creëren voor vogels in de wereld. Door genetische informatie te verzamelen voor alle 10.560 vogelsoorten, hopen onderzoekers een beter beeld te krijgen van hoe onze nu bestaande vogelvrienden evolueerden van de dinosauriërs die hen voorgingen, en hoe ze het in de toekomst zouden kunnen vergaan.
"We weten dat er oneffenheden zijn in de vogelboom van het leven", zegt Terry Chesser, een onderzoekdierkundige en lid van de USGS Biological Survey Unit die werkt bij het National Museum of Natural History. Op sommige plaatsen in de boom speculeerden vogels veel sneller van elkaar af op verschillende takken dan op andere plaatsen - verschillende geslachten varieerden sneller en misschien verschillende snelheden van verandering afhankelijk van de periode van de geschiedenis. Bepaalde kenmerken zoals verenkleed of lichaamstype worden geassocieerd met sommige van die veranderingen, maar het is niet precies bekend hoe.
Het project heeft ook het potentieel om de huidige inzichten in de evolutie van vogels te veranderen, inclusief grote vragen over wanneer vogels begonnen te evolueren uit dinosaurussen. Sommige wetenschappers geloven dat vogels en dinosaurussen begonnen te scheiden vóór het uitsterven van het Krijt-Paleogeen ongeveer 66 miljoen jaar geleden dat de landdinosaurussen doodde, terwijl anderen geloven dat vogels en vogels van vogels toen nog niet hadden gespecieerd. Het creëren van een volledige fylogenie van vogels zal dit geschil waarschijnlijk oplossen, of op zijn minst nieuw bewijs bieden. Het OpenWings Project-team zal samenwerken met een paleontoloog om fossiel bewijs te integreren, zegt Chesser.
Het project beoogt de meest complete vogelboom van het leven tot nu toe te zijn en is de eerste die wordt uitgevoerd op een groep gewervelde dieren. Momenteel zegt Chesser dat wanneer mensen proberen een boom voor vogels te assembleren, ze 'uiteindelijk een boom maken met veel ontbrekende gegevens' en soorten toevoegen die geen gegevens bevatten die aangeven waar ze naartoe moeten gaan, gezien hun huidige taxonomieën, die werden besloten op basis van observationele, niet genetische kenmerken. Een ander project, B10k, probeert complete "referentiegenomen" voor alle vogelsoorten te sequencen, maar het heeft tot nu toe ongeveer 300.
Het doen van referentiegenomen is een gigantische taak, terwijl wat het OpenWings-project zal doen een beetje beter beheersbaar is, zegt Rebecca Kimball, een evolutionaire bioloog van de Universiteit van Florida, die een medewerker is van het OpenWings-project. Het zal ook open toegang zijn, wat betekent dat ornithologen van over de hele wereld de resultaten kunnen gebruiken - die worden vrijgegeven zoals ze in kaart worden gebracht, in plaats van in één batch aan het einde van het project - om dieper te kijken naar specifieke takken van de vogelfamilie boom. Sommige minder begrepen groepen vogels 'verdienen meer aandacht dan we ze in dit grootschalige onderzoek kunnen geven', zegt Kimball.
"Individueel hebben we allemaal soorten [vogels] waar we van houden en waarin we geïnteresseerd zijn, " zegt ze, maar grote vragen stellen betekent dat het voor de onderzoekers onmogelijk is om specifieke vogelsoorten in het OpenWings-project te bekijken. Door de gegevens open-access te maken, zal het werk waarschijnlijk nog gedaan worden, zegt ze.
Rufous-naped wrens. De Smithsonian's Division of Birds huisvest en onderhoudt de op twee na grootste vogelcollectie ter wereld, met meer dan 625.000 exemplaren. (NMNH / Smithsonian Institution) Het sequencen van genetische informatie voor meer dan 10.000 totale vogelsoorten is nog steeds een enorme onderneming, en iets dat alleen mogelijk werd dankzij de recente vooruitgang in genetische analyse, zegt Chesser. Om dit brede onderzoek uit te voeren, moeten de onderzoekers zich richten op specifieke DNA-sequenties die 'ultraconserved' regio's worden genoemd. Deze gebieden van DNA zijn degenen die hebben doorstaan van eerdere soortvorming, toen nieuwe soorten vogels op nieuwe takken van de boom kwamen zitten en een manier bieden om terug te kijken naar genetische relaties.
Dit project zou niet mogelijk zijn zonder de zorgvuldige verzameling en bewaring van musea, zegt Chesser. De medewerkers van OpenWings vertegenwoordigen instellingen met enorme collecties vogelspecimens, waaronder het Field Museum of Natural History, het American Museum of Natural History en het National Museum of Natural History van het Smithsonian Institute. Ze omvatten ook snelgroeiende collecties aan universiteiten, met name Kansas University en het Museum of Natural Science van de Louisiana Student University.
Sinds de jaren tachtig bewaren musea volgens Kimball DNA-monsters van de monsters in hun collecties, samen met de behandelde lichamen van de monsters zelf. Voor veel soorten is dit waar het genetische materiaal vandaan komt. In andere gevallen, waar specimens werden verzameld voordat dit de norm werd, zegt Cresser dat ze zullen vertrouwen op een onverwacht deel van de vogels: hun klauwen. De beste manier om genetisch bewijs te krijgen van een bewaard exemplaar dat tot nu toe is gevonden, zegt hij, is door een stuk van de kussens op de tenen van de vogels af te snijden.
Op dit moment zijn de projectonderzoekers nog steeds aan het uitzoeken welke instellingen exemplaren hebben van wat vogels, zegt Cresser. De meeste van dit soort studies gebruiken tientallen of honderden soorten, zegt hij - zoals een 2015-studie gepubliceerd in Nature die de basis legde door een levensboom te maken voor 198 vogelsoorten. Het coördineren van duizenden kost iets meer werk, vooral als u deel uitmaakt van een team dat 10 grote deelnemende instellingen vertegenwoordigt.
Erich Jarvis, een neurowetenschapper van de Rockefeller University die leiding geeft aan B10K, vertelde Elizabeth Pennisi van Science dat hij denkt dat alleen een hele genoombenadering een robuuste boom voor vogels kan genereren, omdat deze alle soorten genetische informatie bevat die is gecodeerd in het DNA van een vogel. . Maar andere wetenschappers erkenden Pennisi dat het een duidelijke verbetering is ten opzichte van wat vogelonderzoekers nu hebben: dat en het wordt volledig gefinancierd, wat B10K niet is.
"Dit toont de effectiviteit en het fundamentele belang van de voortdurende inspanningen van de museumcollectie", zegt evolutionaire ornitholoog Richard Prum, een co-auteur van de krant 2015. "Dit consortium omvat de meeste van de grootste natuurlijke weefselcollecties ter wereld", zegt Prum, die niet betrokken is bij het OpenWings-project.
Prum voegt eraan toe dat het tijd wordt dat iemand een complete vogelfylogenie creëert. Met nieuwe genetische technologie is het beter uitvoerbaar dan ooit tevoren, zelfs als de schaal ongekend is, zegt hij. De methoden bestaan immers al: het is gewoon een kwestie van alles samenvoegen. Dit soort werk heeft het potentieel om de manier waarop vogels worden begrepen te veranderen, wat gevolgen heeft voor hun behoud en hun evolutionaire geschiedenis.
Darwins ideeën over evolutie waren gebaseerd op de waarneembare kenmerken van zijn vinken. Maar voorbij die waarneembare kenmerken zijn lagen en lagen van genetische relaties, en zonder een werkende kennis van genetica waren deze voor hem verborgen. Met deze nieuwe technologie is het mogelijk om te zien hoe zelfs soorten die er anders uitzien en zich anders gedragen, mogelijk nauw verwant zijn. Het doen van een hele boom zal "de studie van fylogenetica bevorderen", zegt Chesser, maar het zal ook op een directe manier helpen bij het behoud.
"Een van de criteria die vaak wordt gebruikt in conserveringsplanning is fylogenetisch onderscheidend vermogen", zegt hij, "zodanig dat gebieden met soorten op hun eigen afzonderlijke evolutionaire takken vaak zwaarder wegen in conserveringsplanning." Het OpenWings-project zal laten zien hoe fylogenetisch verschillend is soorten zijn dat echt. "Deze informatie moet zeer nuttig zijn voor natuurbeschermers bij het maken van beoordelingen van welke gebieden of soorten prioriteit moeten krijgen, " zegt hij
