Ученые обнаружили первый новый вид пингвинов более чем за 100 лет
Новый вид благородного (генту) пингвина обнаружен на изолированных островах Кергелен — это первый новый вид пингвинов, названный более чем за столетие.
Четвероногий императорский пингвин, ростом около четырех футов, возможно, самый известный представитель семейства пингвиновых, но он далеко не одинок. В Южном полушарии обитает еще семнадцать видов пингвинов, многие из которых населяют труднодоступные и изолированные острова, до которых ученым трудно добраться и провести исследования.
Эта удаленность может объяснять, почему целый вид генту-пингвинов оставался неопознанным так долго. Птицы живут на островах Кергелен, известном по-французски как острова Опустошения, почти в 2 000 милях от любой постоянно населенной суши. Международная команда во главе с исследователями из Чили и Калифорнийского университета в Беркли идентифицировала популяцию как отдельный вид, что делает это открытие первым новым видом пингвинов, названным более чем за 100 лет. Результаты опубликованы в журнале Communications Biology.
ДНК выявляет четыре вида генту-пингвинов
Генетические данные показывают, что то, что ранее рассматривалось как единый широко распространенный вид генту-пингвина, на самом деле состоит из четырех отдельных видов.
Один из них ранее никогда формально не признавался. Помимо тонких различий в размерах тела и вокализации, он очень похож на других генту: знакомая белая нижняя сторона и черная спина, которые помогают пингвинам избегать хищников и охотиться в океане. Однако генетически он явно отличается. Такие организмы называют криптическими видами — они выглядят очень похоже на родственные виды, несмотря на существенные генетические различия.
Исследователи также установили, что три популяции генту, ранее классифицируемые как подвиды, генетически достаточно различны, чтобы признать их полноценными видами.
Новоопознанный юго-восточный генту, Pygoscelis kerguelensis, может столкнуться с неопределенным будущим. Два других вновь определенных вида также могут быть уязвимы, поскольку глобальное потепление меняет Антарктику и субантарктические районы, где они обитают. Южный генту, теперь известный как Pygoscelis ellsworthi, — единственный из четырех, который живет в Антарктике. Прогнозы климата предполагают, что он может пострадать сравнительно мало и даже расширить свой ареал.
«В Антарктике, разумеется, другие виды, не генту, находятся под угрозой из-за изменения климата», — сказала Джулиана Вианна, одна из старших авторов статьи и профессор экосистем и окружающей среды Национального университета Андреса Белло в Сантьяго, Чили. «Но в субантарктическом регионе больше всего вызывает беспокойство генту», — регионе из широко разрозненных островов к северу от Антарктики, который находится под юрисдикцией многих стран, включая Чили, Южную Африку, Францию, Нидерланды, Австралию и Новую Зеландию.
«Очень важно, чтобы консервационные институты во всех разных вовлеченных странах признали это и предприняли соответствующие меры по сохранению этих трех видов генту-пингвинов», — добавила она.
Столетие споров о генту-пингвинах
Чтобы разрешить давние разногласия по классификации генту, Вианна объединилась с соавторами-старшими Раури Боуви, профессором интегративной биологии в Калифорнийском университете в Беркли, и Эли Пулином, профессором Чилийского университета в Сантьяго. Вместе они пригласили специалистов по пингвинам со всего мира для широкого геномного исследования популяций генту.
Ранее некоторые исследователи предлагали до шести подвидов генту, но единого соглашения не было. Новая работа представляет собой консенсус, основанный на полном геномном секвенировании 64 пингвинов, собранных из 10 гнездовых колоний. Впервые выборка охватила почти весь географический диапазон генту-пингвинов.
Команда также сравнивала физические и поведенческие характеристики, включая окраску, крики, сроки размножения, питание и поведение при кормлении.
«Вряд ли найдется вид пингвина, чья таксономия обсуждалась бы больше, чем у генту», — сказал Боуви, куратор Музея зоологии позвоночных при Калифорнийском университете в Беркли. «Более 100 лет было спорным, сколько видов или подвидов существует. Эта работа пытается ответить на этот вопрос, используя передовые интегративные подходы».
Как пингвины расселились по Южному полушарию
Боуви и Вианна занимаются исследованием эволюции и диверсификации пингвинов почти десятилетие. В 2019 году они опубликовали работу, указывающую, что пингвины возникли вблизи Австралии и Новой Зеландии примерно 22 миллиона лет назад.
Императорские и королевские пингвины позднее отделились от других ветвей: императорские связались с Антарктикой, королевские — с субантарктикой. Около 12 миллионов лет назад формирование циркумполярного течения способствовало распространению других групп пингвинов через субантарктику, что в конечном итоге позволило им заселить отдаленные острова и архипелаги и достигать вплоть до Африки и Южной Америки.
Генту-пингвинам помогает одно важное преимущество перед многими их сородичами: они всеядны и гибки в питании. Вместо того чтобы сильно зависеть от одного типа добычи, они поедают практически все, что могут поймать под водой.
Эта гибкость становится все более важной по мере сокращения популяций криля. Пингвины с более узкой диетой, включая императорских и адели, сокращаются в численности в некоторых регионах. Генту, живущие рядом с ними на Антарктическом полуострове, напротив, увеличиваются.
Гибкая диета способствовала видообразованию
Ирония в том, что широкая диета генту, возможно, также способствовала образованию отдельных видов, признанных сегодня.
Поскольку генту могут питаться разнообразной добычей — рыбой, крилем, кальмарами и каракатицами — им не требуется особенно далеко отходить от гнездовых колоний в поисках пищи. Они также склонны возвращаться к одним и тем же местам гнездования из года в год.
Со временем популяции на изолированных островах все дальше адаптировались к местной среде. Эти поведенческие и экологические различия постепенно упрочивались действием естественного отбора по всему геному.
Исследователи оценивают, что четыре вида генту разошлись в течение последних 300 000–500 000 лет. Географическая изоляция сыграла важную роль, а также Антарктический полярный фронт — крупная граница в Южном океане, где резко меняются температура и соленость воды. Эта граница может также ограничивать перемещения морских животных.
К северу от Полярного фронта, где воды теплее и солонее, обитает восточная линия, Pygoscelis taeniata, встречающаяся на островах Крозе, Марьон и Маккуори. Северная линия, Pygoscelis papua, ограничена Фолклендскими/Мальвинскими и островами Марти́льо в Южной Америке.
Новоописанная юго-восточная линия, Pygoscelis kerguelensis, населяет районы вблизи Полярного фронта. Эта относительно небольшая популяция эволюционировала на острове Кергелен и, вероятно, на близлежащем острове Хёрд.
Еще южнее — самая многочисленная линия, Pygoscelis ellsworthi. Она обитает на Антарктическом полуострове, прибрежной Антарктике и острове Южная Георгия.
Геномы пингвинов показывают локальные адаптации
Геномный анализ возглавлял аспирант Чилийского университета Дейли Нолл, первый автор статьи. По сравнению с предыдущими работами исследователи изучили гораздо более широкую часть генома и проанализировали тысячи генетических различий, называемых однонуклеотидными полиморфизмами (SNP).
Эти данные показали, как каждый вид генту адаптировался к своей конкретной среде.
Южный генту, который процветает в Антарктике, несет генетические изменения, связанные с жизнью в экстремальных полярных условиях. Ученые обнаружили больше генов, связанных с выработкой тепла, хранением жиров и липидов, а также с восприятием света. Изменения, касающиеся восприятия света, могут помочь птицам справляться с резкими сезонными колебаниями продолжительности дня и интенсивным отражением света от льда.
Восточный генту, напротив, имеет больше генов, связанных с эффективным углеводным обменом и лучшими показателями ныряния. Сюда входят гены, вовлеченные в транспорт и использование кислорода, формирование кровеносных сосудов, митохондриальную активность и развитие легких. В совокупности эти черты могут позволять птицам оставаться под водой дольше при поиске пищи в океанах с относительно низкой биологической продуктивностью.
Северный генту Южной Америки показал другую картину. Его геном обогащен генами, участвующими в пищеварении, сокращении сердца и возбуждении мышц. Исследователи считают, что эти изменения могут поддерживать продолжительную физическую активность, требуемую при длительном подводном питании.
Изменение климата может оставить островных пингвинов без убежища
Команда также использовала климатические модели, чтобы оценить, где к 2050 году может существовать подходящая среда для генту.
По умеренному сценарию изменения климата островные субантарктические виды могут потерять подходящую среду на всех островах, где они в настоящее время живут. Во многих случаях рядом не окажется подходящих островов для замены среды обитания.
Антарктическому генту может повезти намного больше. Ожидается, что его подходящий ареал распространится дальше на континент по мере изменения условий. В то же время императорские, адели и браггартовые (chinstrap) пингвины, по прогнозам, будут сокращаться по мере исчезновения морского льда и влияния на популяции криля, который растет подо льдом.
Вианна отметила, что изменение климата — не единственная опасность для пингвинов вне Антарктики. Потепление океанов, разрушение среды обитания, хищничество крыс и собак, конкуренция с коммерческим рыболовством и случайные поимки в рыболовных сетях также угрожают многим популяциям.
«С точки зрения изменения климата, островные виды с очень малыми размерами популяций можно сравнить с субантарктическими генту-пингвинами», — сказала она. «Галапагосские и другие островные виды пингвинов, поскольку они эндемичны этим островам, не найдут, куда уйти после изменения среды. Эти острова очень изолированы, и этим пингвинам нелегко адаптироваться и колонизировать другой регион».
Геномика может помочь в охране пингвинов
Необычно большой и разнообразный набор данных, собранный для исследования, может оказаться ценным далеко за пределами вопросов таксономии пингвинов, отметил Боуви.
Вианна уже изучает геномы пингвинов на предмет генетических различий, связанных с выживанием при птичьем гриппе — заболевании, которое в настоящее время затрагивает популяции пингвинов, птиц и млекопитающих по всему миру. Выявление генетических признаков, связанных с устойчивостью или уязвимостью, может помочь защитникам природы определить, какие популяции находятся под наибольшей угрозой.
«Секвенирование полного генома преобразило нашу способность не только смотреть на адаптацию с точки зрения того, как вещи диверсифицируются, но и имеет действительно важное значение для охраны природы», — сказал Боуви.
Помимо Боуви и Вианны, в исследовании участвовали биологи из Австралии, Испании, Венесуэлы, Южной Африки, Великобритании, Франции, Аргентины, Монако и Бразилии. Первым автором статьи является Дейли Нолл из Чилийского университета в Сантьяго.
