Как галапагосский баклан утратил способность летать

Галапагосский нелетающий баклан — один из уникальных видов архипелага, который в 1830-х годах пробудил научный интерес Чарльза Дарвина. Он предположил, что изменение эволюционного давления могло способствовать утрате способности к полёту у таких птиц.

В новом исследовании ДНК баклана учёные из UCLA обнаружили генетические изменения, произошедшие за последние 2 миллиона лет и способствовавшие неспособности птицы летать. Интересно, что когда эти же гены работают неправильно у людей, они вызывают нарушения развития костей — скелетные цилиопатии.

Результаты, опубликованные 2 июня в журнале Science, проливают свет на генетические механизмы эволюции размера конечностей и в перспективе могут привести к новым методам лечения скелетных цилиопатий у людей.

Галапагосский баклан с короткими крыльями — единственный из 40 видов бакланов, не умеющий летать. Он также самый крупный среди бакланов и отличный пловец, ныряющий за рыбой.

Исследователи, включая Дарвина, предложили два эволюционных пути утраты полёта:

• Позитивный отбор: изменения, ведущие к нелетанию, могут повышать выживаемость, улучшая другие навыки (например, плавание).
• Пассивная утрата: если полёт не важен для выживания, мутации, мешающие летать, могут накапливаться в генофонде.

Эти сценарии не исключают друг друга.

Исследователи секвенировали геномы нелетающего баклана и трёх других видов бакланов, чтобы выявить генетические изменения, связанные с полётом. Анализ указал на ген CUX1, ранее связанный с укорочением крыльев у кур. У галапагосских бакланов обнаружилась иная версия этого гена, чем у их летающих родственников. Мутация изменяет функцию белка, что, вероятно, влияет на размер крыльев.

Также было обнаружено, что у нелетающих бакланов аномально высокое число генетических мутаций, влияющих на реснички (цилии) — клеточные структуры, регулирующие развитие и рост. Цилии играют ключевую роль в росте костей. Результаты предполагают, что CUX1 контролирует многие аспекты работы цилий, некоторые из которых влияют на рост костей.

Будущие исследования изучат, есть ли схожие мутации у других нелетающих птиц (страус, киви), и помогут ли эти гены лучше понять эволюцию и развитие конечностей.