Ученым удалось реконструировать некоторые этапы эволюции, побудившие пингвинов покинуть тропический климат ради жизни в Антарктике на долгие миллионы лет.
Известно крайне мало существ, эволюционировавших для выживания в антарктических условиях так, как это сделали пингвины. Например, императорский пингвин обладает перекрывающимися слоями изолирующего оперения и отлично термоизолированными от внешней среды венами, обеспечивающими рециркуляцию тепла тела, а также объемным брюшком, способным выдерживать ледяной ветер, достигающий минус 60оС.
Учитывая глубокую физическую адаптацию к холоду Южного полюса трудно представить, что когда-то пингвины жили где-то еще. Но окаменелости их древних сородичей были обнаружены вдоль экватора, прочем многие из этих доисторических морских птиц появились раньше, чем сформировались ледяные щиты Антарктиды. «Пингвинам удалось пережить один из наиболее жарких периодов в истории Земли, когда на экваторе было на пять градусов теплее, чем сейчас», — рассказал Даниэль Ксепка, палеонтолог из «Музея Брюса» в Гринвиче (Коннектикут). «В основном они развивались в условиях практически полного отсутствия льда».
На Южный полюс
Чтобы определить, как пингвины перебрались из мягких тропических вод в полярные моря, доктор Ксепка и его коллеги проанализировали геномы всех ныне живущих пингвинов, в том числе таких малюток, таких как голубой пингвин ростом в 30,5 см, и желтоглазый пингвин, находящийся под угрозой исчезновения, и особенно удивительных видов, таких как северный хохлатый пингвин-скалолаз. Однако генетика современных пингвинов мало что могла рассказать исследователям. Большинство родословных современных пингвинов датируются всего парой миллионов лет, скрывая большую часть из 60 миллионов лет эволюционной одиссеи пингвинов.
Даниэль Ксепка отметил, что более трех четвертей всех существовавших прежде пингвиньих видов «вымерли». «Необходимо изучить их летопись по окаменелостям, иначе будет доступен только малый фрагмент истории пингвинов».
Чтобы дополнить данные, исследователи сосредоточились на окаменелостях пестрой команды пингвинов-мореплавателей. Как известно, некоторые доисторические пингвины бороздили тропические воды близ Перу, используя копьевидные клювы для ловли рыбы по принципу гарпуна. У других были длинные ноги, а самые крупные доисторические пингвины могли достигать 2,2 м в высоту.
Сравнение геномов современных пингвинов с их ископаемыми предками позволило команде реконструировать эволюцию этих птиц. В своих выводах, опубликованных во вторник (19 июля) в Nature Communications, исследователи выделили гены, которые помогли пингвинам перейти от перехода вброд через теплые воды к подводному плаванию в полярных водах. Некоторые из этих генов помогли пингвинам накапливать жир, в то время как другие превратили их короткие крылья в обтекаемые ласты. Некоторые гены даже поспособствовали укреплению иммунной системы пингвинов или помогли им переносить недостаток кислорода во время глубоких погружений.
Исследователи также определили гены, позволившие северным птицам точно настроить глаза, чтобы видеть сквозь ледяные глубины. В то время как у большинства птиц в глазах есть четыре типа цветных колбочки, у пингвинов один из этих типов неактивен, что препятствует им различать зеленый и красный цвета. Вместо этого их глаза приспособились к окружающей синеве океана.
Генетика древних пингвинов
Отсутствие некоторых генов озадачило ученых. Если современные пингвины преспокойно питаются крилем, то, как обнаружено исследователями, у их предков не было генов, способных дать клюв, легко разрушающий панцири ракообразных. Это может означать, что древние пингвины охотились на более крупную добычу – на рыб и кальмаров. Вкусовые рецепторы этих птиц способны различать только соленый и кислый. «Это довольно хорошо, если существа питаются рыбой», — подчеркнул доктор Ксепка. «Вероятно, поэтому им так нравятся сардины».
Когда эти изменения произошли у древних пингвинов, их эволюция резко замедлилась. Генетический анализ показал, что у них самая низкая скорость эволюции среди всех прочих групп птиц.
Учитывая, что пингвины выглядят настолько причудливо, эта очень медленная скорость эволюционных изменений кажется странной. Но это также показывает, что пухлое и при этом обтекаемое тело антарктической птицы за миллионы лет менялось крайне медленно. При этом императорские пингвины, сезон размножения которых наступает антарктической зимой, имеют самую высокую скорость эволюции среди всех пингвинов. Такое наблюдение привело исследователей к выводу, что более низкие температуры каким-то образом ускоряют стимулируют пингвинью эволюцию.
Джулиана Вианна, эколог из Папского католического университета Чили, говорит, что результаты нового исследования согласуются с маршем пингвинов на юг, происходящим во время приступов глобального похолодания. «Их эволюционная история в значительной степени связана с историческим изменением климата и оледенением», — заявила доктор Вианна, недавно возглавлявшая аналогичное исследование.
Понимание того, как изменились пингвины в прошлом, может дать представление о том, как эти спецы по холодной погоде будут жить в более жарком будущем. «Потепление повлияет на биогеографические ареалы пингвинов, виды, на которые они полагаются в качестве пищи, и виды, которые, в свою очередь, охотятся на них», — заявил Даниель Томас, палеонтолог из новозеландского Университета Мэсси.
По словам доктора Ксепки, несмотря на то, что проведенное его командой исследование представляет собой всесторонний взгляд на семейство пингвинов, для работы им не хватало одной морской птицы – последнего летающего пингвина. Эта маленькая птица, похожая на тупика, скорее всего, населяла древнюю Новую Зеландию, но ее окаменелости добыть им не удалось. «Это была бы вещь номер один, о которой я бы попросил, будь у меня джинн», — признался он.