Галапагосские бакланы разучились летать из-за невыросших ресничек

Американские и чилийские биологи выяснили, как галапагосский нелетающий баклан утратил способность летать. У представителей этого вида изменились функции белков, регулирующих рост или работу цилий (ресничек — важных клеточных органелл), а отсутствие или плохое функционирование цилий может влиять на рост костей. Исследование опубликовано в Science.

Бакланы (Phalacrocorax) — водоплавающие птицы размером с утку или гуся, которые обитают колониями в прибрежных районах. Сейчас на планете насчитывается около 40 видов бакланов, единственный нелетающий из них — галапагосский баклан (Phalacrocorax harrisi). Крылья у них короче, чем у представителей других видов, а грудная клетка более плоская. При этом филогенетические исследования показали, что в отличие от пингвинов и бескилевых птиц (страусов, нанду, киви), которые утратили способность летать около 50 миллионов лет назад, галапагосские бакланы «потеряли» бóльшую часть крыльев около двух миллионов лет назад, по эволюционным меркам недавно. Поэтому, по мнению ученых, на свежем примере P. Harrisi можно изучить, как птицы утрачивают способность летать.

Авторы нового исследования определили последовательности полного генома (митохондриального и ядерного) у четырех видов бакланов: галапагосского и его близких родственников — ушастого (Phalacrocorax auritus), неотропического (Phalacrocorax brasilianus) и берингова бакланов (Phalacrocorax pelagicus). Ученые построили филогенетическое дерево этих видов и проанализировали их ДНК, чтобы определить какие мутации повлияли на уменьшение крыльев галапагосского баклана.

Оказалось, что у P. Harrisi появились мутации в генах Ofd1, Evc, Wdr34 и Ift122, которые кодируют белки, регулирующие рост и правильное функционирование первичных цилий (от латинского «cilium» - «ресничка»). Это органеллы, которые есть в большинстве эукариотических клеток и служат чувствительной «антенной», координирующей многие сигнальные пути в клетке. В том числе они играют ключевую роль во время эмбрионального развития позвоночных. У людей мутации в генах этих белков ведут к появлению редких заболеваний из группы скелетных цилиопатий, которые приводят, в том числе, к уменьшению длины костей рук и ребер. Кроме того, авторы работы нашли мутацию в гене CUX1, который также влияет на выработку белков, регулирующих рост цилий. Этот ген консервативен у птиц и млекопитающих; известно, что у кур он регулирует рост конечностей. Авторы работы считают, что именно вышеописанные изменения в генах привели в итоге к тому, что этот вид бакланов потерял способность к полету.

Галапагосский нелетающий баклан (Phalacrocorax harrisi) обитает только на двух островах Галапагосского архипелага, Фернандине и Исабеле. Это крупнейший представитель рода бакланов, с длиной тела 90-100 сантиметров и массой 2,5-5 килограммов. При этом его крылья достигают примерно трети той длины, которая была бы необходима для полета птице подобных размеров. Вероятно, галапагосский баклан разучился летать, так как ему не надо было мигрировать: он был обеспечен пищей и у него не было естественных врагов. Возможно, утрата способности к полету стала преимуществом: из-за укороченных крыльев уменьшилась плавучесть бакланов, так что им стало проще нырять и охотиться за рыбой.