Niebieskogłowy słonecznik w Szczelinie Albertyńskiej: przykład ptaka tropikalnego z opalizującymi, kolorowymi piórami. Źródło: John Bates, Muzeum Field
Drzewo genealogiczne obejmujące 9409 ptaków gatunek umożliwiło naukowcom odkrycie, dlaczego w tropikach występuje tak różnorodna gama kolorowych ptaków oraz w jaki sposób te żywe kolory ewoluowały i rozpraszały się w czasie.
Paleta kolorów ptaków widocznych z Twojego okna różni się w zależności od Twojej lokalizacji. W regionach oddalonych od równika ptaki zazwyczaj mają szare kolory, podczas gdy bliżej tropików prawdopodobnie zaobserwujesz większą różnorodność kolorowych piór. Naukowców zaintrygowała liczebność jaskrawo ubarwionych ptaków w tropikach w porównaniu z innymi obszarami. Kwestionowali także pochodzenie tych żywych ptaków, zastanawiając się, czy kolorowe pióra wyewoluowały w tropikach, czy też ptaki te miały kolorowych przodków, którzy migrowali do tego regionu z innego miejsca.
W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Ekologia i ewolucja przyrodynaukowcy stworzyli bazę danych obejmującą 9409 ptaków, aby zbadać rozprzestrzenianie się koloru na całym świecie. Odkryli, że opalizujące, kolorowe pióra pojawiły się 415 razy na ptasim drzewie życia i w większości przypadków powstały poza tropikami, a przodkowie wszystkich współczesnych ptaków prawdopodobnie również mieli opalizujące pióra.
Główny autor Chad Eliason z kolibrami w zbiorach Field Museum. Źródło: Kate Golembiewski, Muzeum Polowe
Mechanizmy zabarwienia i metody badania
„Od dziesięcioleci naukowcy stawiają hipotezę, że w tropikach występują jaśniejsze i bardziej kolorowe gatunki ptaków” – mówi Chad Eliason, pracownik naukowy w Field Museum w Chicago i główny autor artykułu. „Chcieliśmy znaleźć mechanizm, który pomógłby nam zrozumieć te trendy – w jaki sposób te jasne kolory dotarły do miejsca i jak z czasem rozprzestrzeniały się w drzewie genealogicznym ptaków”.
Istnieją dwa główne sposoby wytwarzania koloru u zwierząt: pigmenty i struktury. Komórki wytwarzają pigmenty, takie jak melanina, która jest odpowiedzialna za czarne i brązowe zabarwienie. Tymczasem kolor strukturalny wynika ze sposobu, w jaki światło odbija się od różnych układów struktur komórkowych. Opalizacja, tęczowy połysk, który zmienia się w zależności od tego, jak światło pada na obiekt, jest przykładem koloru strukturalnego.
Rajskie ptaki w zbiorach Muzeum Polowego. Źródło: Kate Golembiewski, Muzeum Polowe
Tropikalne ptaki uzyskują swoje kolory dzięki połączeniu błyskotliwych pigmentów i koloru strukturalnego. Prace Eliasona skupiają się na kolorze strukturalnym, dlatego chciał zgłębić ten element ubarwienia ptaków tropikalnych. On i jego koledzy przejrzeli zdjęcia, filmy, a nawet ilustracje naukowe 9409 gatunków ptaków – ogromnej większości z około 10 000 żyjących gatunków ptaków znanych nauce. Naukowcy śledzili, które gatunki mają opalizujące pióra i gdzie można je spotkać.
Następnie naukowcy połączyli swoje dane dotyczące ubarwienia i rozmieszczenia ptaków z istniejącym drzewem genealogicznym, opartym na: DNA, pokazujące, jak wszystkie znane gatunki ptaków są ze sobą powiązane. Przekazali te informacje do systemu modelowania, aby ekstrapolować pochodzenie i rozprzestrzenianie się opalizacji. „Zasadniczo wykonaliśmy dużo obliczeń matematycznych” – mówi Eliason.
Ewolucyjne spostrzeżenia i implikacje
Biorąc pod uwagę pokrewieństwo współczesnych gatunków i miejsce ich występowania, a także ogólne wzorce powstawania gatunków i zmiany cech takich jak kolory w czasie, oprogramowanie do modelowania określiło najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie ubarwienia ptaków, które widzimy dzisiaj: kolorowe ptaki spoza tropików często przybywały do tego regionu miliony lat temu, a następnie dzieliły się na coraz więcej różnych gatunków. Modelka ujawniła także niespodziankę dotyczącą przodka wszystkich współczesnych ptaków.
Na początek ptaki to wyspecjalizowana grupa dinozaurów – najwcześniejszy znany ptak, Archeopteryks, żył 140 milionów lat temu. Podgrupa ptaków zwana Neornithes wyewoluowała 80 milionów lat temu i stała się jedynymi ptakami (i dinozaurami), które przetrwały masowe wymieranie 66 milionów lat temu. Wszystkie współczesne ptaki są członkami Neornithes. Model stworzony przez Eliasona i jego współpracowników sugeruje, że wspólny przodek wszystkich Neornithes 80 milionów lat temu miał opalizujące pióra, które nadal błyszczą w drzewie genealogicznym ptaków.
„Byłem bardzo podekscytowany, gdy dowiedziałem się, że przodkami wszystkich ptaków jest opalizacja” – mówi Eliason. „Znaleźliśmy już skamieniałości opalizujących ptaków i innych pierzastych dinozaurów, badając skamieniałe pióra i zachowane w nich struktury wytwarzające pigment. Wiemy więc, że opalizujące pióra istniały już w czasach starożytnych Kreda– te skamieniałości potwierdzają tezę z naszego modelu, że przodek wszystkich współczesnych ptaków również był opalizujący”.
Odkrycie, że pierwszy Neornithes prawdopodobnie był opalizujący, może mieć ważne implikacje dla paleontologii. „Teraz, gdy wiemy, jak szukać, prawdopodobnie odkryjemy znacznie więcej opalizujących śladów w zapisie kopalnym” – mówi Eliason.
Chociaż to nowe badanie rzuca światło na to, jak opalizacja rozprzestrzeniała się w drzewie genealogicznym ptaków na przestrzeni milionów lat, pozostaje kilka ważnych pytań. „Nadal nie wiemy, dlaczego w ogóle wyewoluowała opalizacja” – mówi Eliason. „Ptaki mogą wykorzystywać opalizujące pióra do przyciągania partnerów, ale opalizacja wiąże się również z innymi aspektami życia ptaków. Na przykład jaskółki drzewne zmieniają kolor pod wpływem zmiany wilgotności, więc opalizacja może być powiązana ze środowiskiem lub z inną fizyczną właściwością piór, np. wodoodpornością. Jednak wiedza na temat tego, jak powstało tak wiele opalizujących ptaków w tropikach, może pomóc nam zrozumieć, dlaczego wyewoluowała opalizacja”.
Odniesienie: „Przejścia między mechanizmami barwnymi wpływają na dynamikę specjacji i rozkład zasięgu ptaków” Chad M. Eliason, Michaël PJ Nicolaï, Cynthia Bom, Eline Blom, Liliana D’Alba i Matthew D. Shawkey, 26 lipca 2024 r., Ekologia i ewolucja przyrody.
DOI: 10.1038/s41559-024-02487-5
