أحدثت دراسة رائدة باستخدام بيانات كاملة على مستوى الجينوم ثورة في فهمنا لتطور الطيور، وكشفت عن رؤى جديدة في العلاقات التطورية بين أنواع الطيور. من خلال تحليل مجموعة بيانات شاملة لـ 363 نوعًا من الطيور، أعاد البحث تعريف شجرة عائلة الطيور، وحدد أربعة فروع رئيسية داخل النيوفيين، وألقى الضوء على التاريخ التطوري المعقد للطيور. الائتمان: SciTechDaily.com

كشفت الدراسة الجينية الأكثر شمولاً حتى الآن عن كيفية انتشار الطيور حول العالم بعد الانقراض الجماعي.

تمثل الطيور نسب الديناصورات التي لا تزال على قيد الحياة اليوم. منذ حوالي 66 مليون سنة، عند الانتقال من العصر الطباشيري حتى فترة الباليوجين (حدود K-Pg)، أدى حدث كارثي إلى انقراض جميع الديناصورات غير الطيور، مما سمح للطيور بالتنوع بسرعة واحتلال مجموعة واسعة من المنافذ البيئية.

Neoaves هي مجموعة متنوعة تضم حوالي 95٪ من جميع الطيور صِنف واليوم خرج من هذا الإشعاع. من طيور كندور الأنديز الشاهقة إلى الطيور الطنانة الصغيرة التي تطير عبر الغابات الاستوائية، تشتمل الطيور على مجموعة واسعة من الأشكال والوظائف.

على الرغم من الجهود الكبيرة لإعادة بناء التاريخ التطوري للطائر والآثار المترتبة على حدث K-Pg باستخدام البيانات المورفولوجية والبيانات الجزيئية، إلا أن تسلسل التفرع الدقيق والعلاقات بين سلالات نيوفيان لا تزال مثيرة للجدل.

وقال Guojie Zhang، كبير مؤلفي الورقة البحثية وأستاذ علم الأحياء التطوري في جامعة تشجيانغ وأحد المبادرين: “إن الدراسات السابقة التي أجريت على مجموعات بيانات صغيرة من مناطق جينومية مختلفة غالبًا ما أسفرت عن نتائج متضاربة فيما يتعلق بطوبولوجيا شجرة الطيور”. مشروع ب10ك. “في هذه الدراسة، ولأول مرة، استخدمنا بيانات كاملة على مستوى الجينوم لبناء شجرة أنواع الطيور من جميع العائلات التمثيلية تقريبًا.”

التقدم في البيانات الجينومية

تم إنتاج مجموعة بيانات الجينوم الكاملة هذه من قبل اتحاد B10K في مرحلته الثانية، بما في ذلك 363 نوعًا من الطيور تغطي جميع أنواع الطيور الرئيسية.

تفتح شجرة عائلة جديدة آفاقًا جديدة في الرحلة الطويلة لكشف أسرار تطور الطيور. وفقًا لشجرة عائلة الطيور المحدثة هذه، كانت مجموعة تحتوي على طيور النحام والغراب (تسمى ميرورنيثوس) من بين أولى سلالات نيوفيان التي تطورت.

العلاقات بين 363 نوعًا من الطيور استنادًا إلى 63430 موقعًا بين الجينات. ائتمان: جوزفين ستيلر

تتحدى الشجرة الجديدة نظام Nioves من خلال تصنيف هذه المجموعة الكبيرة إلى أربعة فروع رئيسية: Mirornithes، Columbaves، Elementaves، وTelluraves. Elementaves هي مجموعة مقترحة حديثًا تتضمن كاليفورنيا. تمثل طيور هودجينز الغامضة 14% من جميع أنواع الطيور الحديثة، بما في ذلك مجموعات متنوعة مثل الطيور الساحلية، والطيور الطنانة، والطيور الاستوائية.

تمت تسمية Elementaves لتعكس التنوع الملحوظ للمجموعة من حيث الأهمية البيئية، حيث تمثل العناصر الأساسية للأرض والهواء والماء. تحل شجرة العائلة الجديدة هذه بعض المناقشات الطويلة الأمد حول العلاقات بين أنواع الطيور وتضع أساسًا متينًا لدراسة تطور الطيور وتطور سماتها.

تأثير التحليل الجيني الشامل

وباستخدام بيانات الجينوم الكاملة لـ 363 نوعًا من الطيور، تعد هذه أكبر مجموعة بيانات تم استخدامها على الإطلاق لتحليلات تطور سلالات الطيور. طور الفريق خط أنابيب جديدًا لاستخراج أكثر من 150 ألف منطقة منتشرة عبر الجينوم.

وقالت جوزفين ستيلر، المؤلفة الرئيسية للدراسة والأستاذ المساعد في علم الأحياء التطوري بجامعة كوبنهاغن: “لقد قمنا بتمييز العلاقات التطورية عبر الجينوم بأكمله وحددنا الأنماط المرتبطة بالسياق الجيني وخصائص التسلسل”. غالبًا ما تدعم أجزاء من الجينوم، على سبيل المثال، الكروموسومات الفردية أو جينات ترميز البروتين، أشجارًا مختلفة. وهذا يفسر سبب تضارب الدراسات التي حللت مناطق جينية معينة فقط.”

يعد الجمع بين البيانات عالية الجودة والواسعة النطاق أمرًا أساسيًا لبناء شجرة سلالات قوية. وجد الفريق أنه بالنسبة لمعظم الفروع، عند استخدام بيانات كافية، يمكن التوصل إلى إجماع حول علاقاتها. لكن المواقع التطورية لبعض مجموعات الطيور، مثل البوم والصقور، تظل غامضة حتى مع وجود بيانات الجينوم الكاملة.

أوقات الاختلاف لـ 363 نوعًا من الطيور بناءً على 63430 موقعًا بين الجينات. ائتمان: جوزفين ستيلر

وقال تشانغ: “المزيد من البيانات لا يعني بالضرورة حلاً أفضل”. وأضاف المؤلف المشارك في الدراسة سيافاش ميراراب، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو: “قد يكون هذا بسبب بعض التاريخ التطوري المعقد، مثل التزاوج القديم بين سلالتين”. الحمض النووي محتوى التسلسل، وكلها يمكن أن تتداخل مع إعادة بناء أشجار النشوء والتطور.”

توفر الدراسة رؤى جديدة حول أي من هذه العوامل تؤثر على تفرع الأشجار، مما يوفر صورة أكثر تفصيلاً وواقعية لأصول مجموعات الطيور هذه. تقترح الدراسة أيضًا مقياسًا زمنيًا أكثر دقة لتنوع الطيور الحديثة، مما يشير إلى حدوث إشعاع سريع عند أو بالقرب من الانقراض الجماعي عند حدود العصر الطباشيري-الباليوجيني (K-PG)، وبدرجة أقل بعد وقت قصير من العصر الباليوجيني. نيوجين. حدود

ووجد الباحثون أن هذه الإشعاعات تزامنت مع تغيرات جينية ومورفولوجية كبيرة بين الطيور، بما في ذلك معدلات طفرة أعلى، وأحجام أجسام أصغر وأدمغة أكبر، وأحجام سكانية فعالة أكبر. وقال ستيلر: “هذا يوضح قوة علم الجينوم المقارن: من خلال مقارنة جينومات الكائنات الحية، يمكننا العثور على آثار لأحداث وقعت قبل 66 مليون سنة”.

واختتم تشانغ قائلاً: “لقد غيّر عملنا العديد من وجهات النظر التقليدية حول التاريخ التطوري للطيور. وستكون شجرة العائلة الجديدة هذه بمثابة العمود الفقري القوي لرسم خرائط التاريخ التطوري لجميع أنواع الطيور، مع آثار مهمة على أبحاث علم الطيور ودراسات التنوع البيولوجي”.

المرجع: جوزفين ستيلر، شاهونج فينج، العابد شودري، إيجار ريفاس جونزاليس، ديفيد أ. “كشف تعقيد تطور الطيور” بقلم دوشين، تشي فانغ، يوان دينغ، أليكسي كوزلوف، ألكسندروس ستاماداكيس، جيمس كليماداكيس، جيمس كليماداكيس، جيمس كليماداكيس، جوزفين ستيلر، شاهونغ فنغ، العابد شودري، جاكلين إم تي نجوين، سيمون واي دبليو. هو، برانت سي فيركلوث، جوليا هاج، بيتر هود، جويل كراكرافت، ميتين بالابان، أوين ماي، جوانججي تشين، رونجشينج جاو، تشينجران يان تشو، يولونج شيه، زيان كاوانج هوو إيه أوجيلفي، لؤي نخلة، بنت ليندو، بينوا موريل، جون فيلدسو، بيتر أ. هوسنر، روت ر. دا فونسيكا، بنت بيترسن، جوزيف أ. توبياس، تاماس سيكيلي، جوناثان ديفيد كينيدي، أندرو هارت ريف، أندراس ليكر، مارتن ستارفاندر، أغوستينو أنتونيس، ديتر توماس تيتز، ماتس بيرتيلسن ، فومين لي، كارستن راهبيك، غاري ر. جريفز، مايكل ه. شيروب، داندي وارنو، إدوارد ل. براون، م. توماس ب. جيلبرت، إريك د. جارفيس، شيفاش. ميراراب وغوجي تشانغ، 1 أبريل 2024، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-024-07323-1