چگونه پنگوئن ها توانایی پرواز خود را از دست دادند؟

پنگوئن‌ها شاید بیشتر به خاطر پرنده‌های بدون پرواز شناخته شوند که بال‌هایشان به آنها کمک می‌کند تا در آب‌های یخ‌زده قطب جنوب حرکت کنند. اما این پرندگان حدود 60 میلیون سال پیش، یعنی مدت ها قبل از تشکیل صفحه یخی قطب جنوب، توانایی پرواز خود را از دست دادند و به پرندگانی با مهارت های بالا در شنا تبدیل شدند.

یک مطالعه جدید روی پنگوئن‌های فسیلی و ژنوم پنگوئن‌های زنده و اخیراً منقرض شده، مجموعه‌ای از سازگاری‌های ژنتیکی را نشان می‌دهد که این پرندگان به آنها کمک می‌کند تا سبک زندگی آبی را پیش ببرند. این یافته ها نشان می دهد که پنگوئن ها به عنوان یک گروه برای زنده ماندن در شرایط نامطلوب محیطی که در طول میلیون ها سال رخ داده است سازگار شده اند.

دانیل کاسپکا، یکی از نویسندگان این مطالعه و دیرینه شناس در موزه بروس در گرینویچ، کانکتیکات، گفت که قدیمی ترین فسیل پنگوئن مربوط به 62 میلیون سال پیش است. در آن زمان پنگوئن ها قدرت پرواز را نداشتند، اگرچه ظاهرشان با پنگوئن های امروزی بسیار متفاوت بود. آنها پاها و منقار بلندتری داشتند و بال هایشان هنوز بیشتر شبیه بال بود تا باله. کاسپکا گفت که پنگوئن های اولیه احتمالاً از موجودی طوطی مانند تکامل یافته اند که هنوز می تواند پرواز کند. (این جد پرنده هنوز در فسیل‌ها یافت نشده است، بنابراین دقیقاً مشخص نیست که پنگوئن‌ها چه زمانی توانایی پرواز خود را از دست داده‌اند.)

کاسپکا گفت که با گذشت زمان، تکامل انواع مختلفی از پنگوئن‌ها را تولید کرده است، از پنگوئن‌هایی با منقار نیزه‌مانند بلند گرفته تا پنگوئن‌های پر قرمز و پرندگانی که یک یا دو فوت بلندتر از بزرگترین گونه امروزی پنگوئن، پنگوئن امپراتور (پنگوئن امپراتور) هستند. به حدود 1.1 متر می رسد).

در مطالعه جدید، محققان ژنوم فسیلی پنگوئن‌های زنده امروزی و همچنین ژنوم ناقص پنگوئن‌هایی را که در چند صد سال گذشته منقرض شده‌اند، بررسی کردند.

یافته های محققان نشان می دهد که پنگوئن ها 60 میلیون سال پیش در منطقه ای نزدیک به نیوزیلند کنونی سرچشمه گرفته اند و قبل از بازگشت به نیوزیلند در آمریکای جنوبی و قطب جنوب پراکنده شده اند.

کاسپکا گفت که بیشتر گونه های زنده امروزی حدود دو میلیون سال پیش از یکدیگر جدا شده اند. در این دوره، زمین چرخه هایی از دوره های یخبندان و بین یخبندان را پشت سر می گذارد که در طی آن صفحات یخی قطبی به طور دوره ای منبسط شده و سپس عقب نشینی می کنند.

پیشروی یخ پنگوئن ها را به سمت شمال سوق داد و احتمالاً برخی از جمعیت ها را از هم جدا کرد و به آنها اجازه داد تا مسیرهای تکاملی خود را برای حدود 100000 سال دنبال کنند. با عقب نشینی یخ، پنگوئن های جدا شده به گونه های مختلف تکامل یافتند.

سازگاری های ژنتیکی

محققان در شماره 19 جولای Nature Communications گزارش دادند که علیرغم تمام تغییراتی که پنگوئن ها متحمل شده اند، سرعت تکامل آنها از همه پرندگان دیگر کندتر بوده است. کاسپکا گفت که این تعجب آور است و هنوز توضیح داده نشده است.

حیوانات بزرگ‌تر و حیواناتی مانند پنگوئن‌ها که نرخ تولید مثل پایینی دارند، نرخ تکامل پایینی دارند. اگرچه برخی از پرندگان بزرگتر از پنگوئن ها سریعتر از پنگوئن ها رشد می کنند. کاسپکا گفت، پرندگان دیگری که با همان سرعت پنگوئن ها تولید مثل می کنند نیز سریعتر رشد می کنند، بنابراین تحقیقات بیشتری برای درک اینکه چرا پنگوئن ها به کندی رشد می کنند مورد نیاز است.

اگرچه ممکن است تکامل پنگوئن‌ها نسبتاً کند باشد، اما تکامل آنها سازگاری‌های زیادی برای زندگی در دریا و نزدیکی آن‌ها فراهم کرده است. آنها ژن های مشترکی با سایر پرندگان بدون پرواز دارند که احتمالاً بال های آنها را کوتاه کرده است. پنگوئن ها همچنین دارای ژن های منحصر به فردی هستند که ممکن است بسیاری از عضلات بال اجدادشان را به تاندون تبدیل کرده باشند. این امر باعث سفت شدن بال های پنگوئن ها و شبیه به باله ها شده است.

محققان همچنین جهش‌هایی در ژن‌های مربوط به ذخیره کلسیم پیدا کردند که ممکن است به استخوان‌های متراکم کمک کند و به شیرجه رفتن پنگوئن‌ها در آب کمک کند.

تکامل تغییرات زیادی در پنگوئن ها ایجاد کرده است. مانند ژن های مربوط به ذخیره سازی چربی و تنظیم دما. یکی از یافته های جالب این است که پنگوئن ها در اوایل تکامل خود چندین ژن مرتبط با هضم اسکلت بیرونی سخت پوستان را از دست دادند. این نشان می دهد که رژیم غذایی پنگوئن ها بر طعمه هایی مانند ماهی و ماهی مرکب متمرکز بوده است. اما گسترش صفحات یخی اکوسیستمی در قطب جنوب ایجاد کرد که سرشار از کریل (سخت پوستان کوچک) بود. برای پنگوئن ها، یک ژن باقی می ماند (ژن CHIA) که به آنها اجازه می دهد سخت پوستان را هضم کنند. کاسپکا گفت: “اگر آن ژن وجود نداشت، شاید پنگوئن ها در هضم کریل دچار مشکل می شدند.”

کاسپکا هشدار داد که حدود 75 درصد از همه گونه‌های پنگوئن که تا کنون زندگی کرده‌اند منقرض شده‌اند و تغییرات آب و هوایی می‌تواند حتی گونه‌های بیشتری را به سمت انقراض سوق دهد. این امر به ویژه در مورد پنگوئن امپراتور صادق است.آپتنودیت فورستری) که سبک زندگی منحصر به فردی دارد و روی یخ های دریا زاد و ولد می کند، درست است. اگر یخ های دریا ذوب شوند، پنگوئن های امپراتور ممکن است در یافتن مکان های پرورش مشکل پیدا کنند.

در انتهای دیگر این طیف، پنگوئن های کوچکی هستند که در جزایر صخره ای گالاپاگوس زندگی می کنند. این پرندگان آنقدر از سرزمین های دیگر دور هستند که اگر زیستگاه استوایی آنها بیش از حد گرم شود، جایی برای فرار ندارند. کاسپکا گفت: این حیوانات به تغییرات محیطی حساس هستند و در بسیاری از موارد در معرض خطر انقراض قرار دارند. در موارد دیگر، آنها ممکن است در چند دهه آینده بسیار آسیب پذیرتر شوند.”