Імператорський пінгвін Антарктиди заввишки 4 фути може бути найвідомішим представником сімейства пінгвінів, але він не єдиний. Сімнадцять інших видів пінгвінів живуть у південній півкулі, і багато з них живуть на ізольованих островах, до яких вченим важко дістатися та вивчити.
Ця відстань може пояснити, чому вид пінгвінів так довго уникав визнання. Птахи живуть на островах Кергелен, відомих французькою мовою як Острови Знищення, приблизно за 2000 миль від будь-якої постійної землі. Міжнародна група під керівництвом дослідників з Чилі та Каліфорнійського університету в Берклі визначила популяцію як окремий вид, назвавши це першим новим видом пінгвінів за більш ніж 100 років. Висновки опубліковані в Комунікаційна біологія.
ДНК виявила чотири види пінгвінів Gentoo
Генетичні дані свідчать про те, що те, що вчені колись вважали одним широко поширеним видом пінгвінів папуа, насправді складається з чотирьох окремих видів.
Одна з них так і не була офіційно визнана. Окрім незначних відмінностей у розмірі тіла та вокалізації, він дуже схожий на інших генту, з білим боком і чорною спиною, які допомагають пінгвінам уникати хижаків і полювати на здобич в океані. Однак він явно генетично відмінний. Вчені називають цей тип організмів загадковим видом, що означає, що він дуже схожий на споріднені види, незважаючи на численні генетичні відмінності.
Дослідники також виявили, що три популяції папуси, раніше класифіковані як підвиди, генетично відрізняються достатньо, щоб визнати їх повноцінним видом.
Нещодавно визнаний південно-східний пінгвін папуа, Pygoscelis kerguelensisможе зіткнутися з невизначеним майбутнім. Ще два нові інтродуковані види також можуть бути вразливими, оскільки глобальне потепління змінює антарктичні та субантарктичні регіони, де вони мешкають. Південний дженту, як його зараз називають Пігоселіс Еллсуорсієдиний з чотирьох, що живуть в Антарктиді. Кліматичні прогнози показують, що він може мати відносно незначний вплив і навіть може розширити свій діапазон.
«Звичайно, в Антарктиді зміна клімату загрожує іншим видам, крім папунків», — сказала Джуліана Віанна, один із старших авторів статті та професор екосистем і навколишнього середовища в Національному університеті Андреса Белло в Сантьяго, Чилі. «Але генту викликає занепокоєння в субантарктичному регіоні», регіоні широко відокремлених островів на північ від Антарктиди, якими керують кілька країн, включаючи Чилі, Південну Африку, Францію, Нідерланди, Австралію та Нову Зеландію.
«Дуже важливо, щоб природоохоронні агенції в усіх країнах визнали та вжили відповідних заходів для порятунку цих трьох видів пінгвінів Gentoo», – сказав він.
Століття дискусій про пінгвінів Gentoo
Щоб вирішити давні розбіжності щодо класифікації gentoo, Віанна об’єдналася зі старшими авторами Раурі Боуї, професором інтегративної біології в Каліфорнійському університеті в Берклі, та Елі Пуліном, професором Університету Чилі в Сантьяго. Разом вони залучили експертів з пінгвінів з усього світу до масштабного загальногеномного дослідження популяцій папуа.
Попередні дослідники запропонували до шести підтипів gentoo, але немає універсальної згоди. Нова робота — це консенсус, зібраний із послідовностей цілого генома 64 пінгвінів із 10 колоній розмноження. Вперше вибірка охопила майже весь географічний ареал пінгвінів папу.
Група також порівнювала фізичні та поведінкові риси, включно з кольором, дзвінками, розкладом розмноження, дієтою та харчовою поведінкою.
«Ймовірно, немає жодного виду пінгвінів, систематика якого була б суперечливішою, ніж пінгвін папуа», — сказав Боуї, куратор Музею зоології хребетних Каліфорнійського університету в Берклі. «Понад 100 років було суперечливо, скільки існує видів або підвидів. Ця стаття намагається відповісти на це питання за допомогою сучасних інтегративних підходів».
Як пінгвіни поширилися в південній півкулі
Боуї та Віанна витратили майже десять років, вивчаючи, як пінгвіни еволюціонують і диверсифікуються. У 2019 році вони опублікували дослідження, яке показало, що пінгвіни з’явилися поблизу Австралії та Нової Зеландії приблизно 22 мільйони років тому.
Пізніше імператорські та королівські пінгвіни відокремилися від інших пологів: імператорські пінгвіни були пов’язані з Антарктикою, а королівські – з субантарктичними. Близько 12 мільйонів років тому розвиток полярної циркуляційної течії допоміг іншим групам пінгвінів поширитися під Антарктидою та зрештою колонізувати віддалені острови та архіпелаги, досягнувши на півночі Африки та Південної Америки.
Пінгвіни дженту мають одну важливу перевагу перед багатьма своїми родичами: вони гнучкі в їжі. Замість того, щоб сильно покладатися на один тип здобичі, вони споживатимуть майже все, що зможуть зловити під водою.
Ця гнучкість стає більш важливою, оскільки популяції криля зменшуються. Поголів’я пінгвінів із вузьким раціоном харчування, включно з імператорськими та аделі, у деяких регіонах зменшується. Навпаки, генту, які живуть поруч з ними на Антарктичному півострові, стає все більше.
Гнучка дієта сприяла просуванню специфікації
Дивно, але велика дієта папуа також могла сприяти створенню сучасних видів.
Оскільки папуни можуть харчуватися різноманітною здобиччю, включаючи рибу, криль, кальмарів і рибу, їм не потрібно далеко подорожувати від своїх колоній для розмноження в пошуках їжі. Вони також мають тенденцію повертатися на ті самі місця гніздування з року в рік.
Протягом тривалого часу населення окремих островів стало більш адаптованим до місцевого середовища. Ці поведінкові та екологічні відмінності поступово посилювалися природним відбором у їхніх геномах.
Дослідники підрахували, що чотири види папузи розійшлися протягом останніх 300 000–500 000 років. Важливу роль зіграла географічна ізоляція вздовж Антарктичного полярного фронту, основного кордону в Південному океані, де температура і солоність води коливається. Цей кордон також може обмежувати пересування морських тварин.
На півночі Полярного фронту, де вода тепліша і солоніша, живе східна раса, Pygoscelis taeniataзнайдено на островах Крозе, Маріон і Маккуорі. Північний спуск, Pygoscelis папуаобмежений Фолклендськими/Мальвінськими та Мартільськими островами в Південній Америці.
Нещодавно описаний південно-східний рід, Pygoscelis kerguelensisживе біля полярного фронту. Ця відносно невелика популяція розвинулася на острові Кергелен і, можливо, поблизу острова Херд.
Найдальше на південь – це покоління, Пігоселіс Еллсуорсі. Мешкає на Антарктичному півострові, Антарктичному узбережжі та острові Південна Джорджія.
Геноми пінгвінів виявляють місцеві адаптації
Геномний аналіз проводив аспірант Університету Чилі Дейлі Нолл, перший автор статті. Порівняно з попередньою роботою, дослідники дослідили більшу частину геному та проаналізували тисячі генетичних відмінностей, які називаються однонуклеотидними поліморфізмами (SNP).
Ці дані показали, як кожен вид дубанок адаптувався до свого середовища.
Південний папун, який процвітає в Антарктиді, має генетичні зміни, пов’язані з життям в екстремальних полярних умовах. Дослідники виявили більше генів, пов’язаних із виробництвом тепла, накопиченням жиру та ліпідів і сприйняттям світла. Зміни, пов’язані зі сприйняттям світла, можуть допомогти птахам впоратися з різкими сезонними змінами денного світла та екстремальним відбиттям світла від льоду.
На відміну від цього, у східного генту більше генів, пов’язаних з ефективним вуглеводним обміном і більшою здатністю пірнати. До них належать гени, що беруть участь у транспортуванні та використанні кисню, формуванні кровоносних судин, функції мітохондрій і розвитку легенів. Разом ці риси можуть дозволити птахам виживати під водою в океанах з відносно низькою біологічною продуктивністю.
На півночі Південної Америки генту демонстрував іншу модель. Його геном збагачений генами, що беруть участь у травленні, скороченні серця і збудженні м’язів. Дослідники кажуть, що ці зміни можуть підтримувати постійну фізичну активність, необхідну для тривалого годування під водою.
Зміна клімату може поставити острівних пінгвінів у безвихідь
Команда також використовувала кліматичні моделі, щоб оцінити, де в 2050 році може існувати відповідне середовище існування.
За сценарієм помірної зміни клімату види субантарктичних островів можуть втратити відповідне середовище проживання на всіх островах, які вони зараз населяють. У багатьох випадках є небагато або зовсім немає сусідніх островів, які пропонують відповідне середовище існування.
Антарктичний генту може бути дуже різноманітним. Очікується, що його відповідний ареал пошириться на інші континенти зі зміною умов. У той же час очікується, що кількість імператорських пінгвінів, пінгвінів Аделі та ремінних пінгвінів зменшиться, оскільки морський лід зникне, а популяції криля, які процвітають під льодом, постраждають.
Віанна зазначила, що зміна клімату є не єдиною загрозою для пінгвінів за межами Антарктиди. Потепління океанів, знищення середовища існування, хижацтво щурів і собак, конкуренція з боку комерційного рибальства та прилов у рибальських сітях також загрожують багатьом популяціям.
«З точки зору зміни клімату, острівні види з дійсно низькою чисельністю популяції можна порівняти з субантарктичними пінгвінами папуа», – сказав він. «Галапагоським та іншим видам острівних пінгвінів, оскільки вони є ендеміками цих островів, їм нікуди подітися після зміни середовища існування. Ці острови дуже ізольовані, і ці пінгвіни не можуть легко адаптуватися до колонізації будь-якої іншої території».
Геноміка може допомогти захистити пінгвінів
За словами Бові, незвичайно великий і різноманітний набір даних, зібраний для дослідження, може бути цінним за межі питань класифікації пінгвінів.
Віанна вже вивчає геноми пінгвінів на наявність генетичних відмінностей, пов’язаних із виживанням від пташиного грипу, хвороби, яка зараз вражає пінгвінів, птахів і ссавців у всьому світі. Виявлення генетичних особливостей, пов’язаних із резистентністю або вразливістю, може допомогти природоохоронцям визначити, які популяції піддаються найбільшому ризику.
«Повногеномне секвенування змінило нашу здатність не тільки дивитися на адаптацію з точки зору диверсифікації, але й має справді важливу цінність для збереження», — сказав Боуї.
Окрім Боуї та Віанни, у дослідженні взяли участь біологи з Австралії, Іспанії, Венесуели, Південної Африки, Великої Британії, Франції, Аргентини, Монако та Бразилії. Дейлі Нолл з Університету Чилі в Сантьяго є першим автором статті.
