Ein eingefrorener Teil des Genoms verändert unser Verständnis der Vogelevolution

Vor 65 Millionen Jahren bedeutete ein riesiger Meteor für die meisten Dinosaurier den Untergang. Aber nicht alles. Nach dem Aussterben blühten Vögel – eigentlich Dinosaurier selbst – auf.

Wissenschaftler haben Jahrhunderte damit verbracht, rund 10.000 Vogelarten in einem übersichtlichen Stammbaum zu organisieren und zu sortieren, um zu verstehen, wie die letzten überlebenden Dinosaurier den Himmel bevölkerten. Eine kostengünstige DNA-Sequenzierung hätte dies wie bei unzähligen anderen Arten vereinfachen sollen.

Aber Vögel waren bereit, uns zu täuschen.

In zwei neuen Forschungsarbeiten, die am 1. April veröffentlicht wurden, enthüllen Wissenschaftler, dass ein anderes Ereignis vor 65 Millionen Jahren sie über die wahre Familiengeschichte der Vögel in die Irre geführt hat. Sie entdeckten, dass ein Abschnitt eines Chromosoms Millionen von Jahren in der Zeit eingefroren war und sich nicht wie vorgesehen mit der benachbarten DNA vermischen konnte.

Dieser Abschnitt, der nur 2 % des Vogelgenoms ausmacht, überzeugte die Wissenschaftler davon, dass die meisten Vögel in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden könnten, wobei Flamingos und Tauben evolutionäre Cousins ​​seien. Der genauere Stammbaum, der den irreführenden Abschnitt des Genoms erklärt, identifiziert vier Hauptgruppen und identifiziert Flamingos und Tauben als weiter entfernte Verwandte.

„Mein Labor beschäftigt sich schon länger mit diesem Problem der Vogelentwicklung, als ich mir vorstellen kann“, sagte Edward Braun, Ph.D., der leitende Autor des Buches Papier veröffentlicht in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften und Professor für Biologie an der University of Florida. „Wir hatten keine Ahnung, dass es einen großen Teil des Genoms geben würde, der sich ungewöhnlich verhält. Wir sind irgendwie darauf gestoßen.“

Braun beaufsichtigte ein internationales Team von Mitarbeitern unter der Leitung von Siavash Mirarab, einem Professor für Computertechnik an der University of California in San Diego, um ihre Beweise zu veröffentlichen, dass dieser klebrige DNA-Block die wahre Geschichte der Vogelevolution trübte. Mirarab und Braun haben auch zu einem Begleitpapier beigetragen, das in veröffentlicht wurde Natur Darin wird der aktualisierte Vogelstammbaum beschrieben, der von Josefin Stiller an der Universität Kopenhagen geleitet wurde.

Beide Papiere sind Teil der B10K-Vogelgenomikprojekt unter der Leitung von Guojie Zhang von der Zhejiang-Universität, Erich Jarvis von der Rockefeller-Universität und Tom Gilbert von der Universität Kopenhagen.

Vor zehn Jahren stellten Braun und seine Mitarbeiter einen Stammbaum für die Neoaves zusammen, eine Gruppe, die die überwiegende Mehrheit der Vogelarten umfasst. Basierend auf den Genomen von 48 Arten teilten sie die Neoaves in zwei große Kategorien ein: Tauben und Flamingos in einer Gruppe, alle anderen in der anderen. Bei der Wiederholung einer ähnlichen Analyse in diesem Jahr mit 363 Arten kam ein anderer Stammbaum zum Vorschein, der Tauben und Flamingos in zwei verschiedene Gruppen aufteilte.

Mit zwei sich gegenseitig ausschließenden Stammbäumen machten sich die Wissenschaftler auf die Suche nach Erklärungen, die ihnen Aufschluss darüber geben könnten, welcher Stammbaum der richtige sei.

„Als wir uns die einzelnen Gene und den von ihnen unterstützten Baum ansahen, stellte sich plötzlich heraus, dass sich alle Gene, die den älteren Baum unterstützen, alle an einem Ort befinden. Damit begann die ganze Sache“, sagte Braun.

Bei der Untersuchung dieser Stelle stellte Brauns Team fest, dass sie nicht so stark vermischt war, wie es im Laufe der Millionen Jahre der sexuellen Fortpflanzung hätte sein sollen. Vögel kombinieren wie Menschen Gene eines Vaters und einer Mutter in der nächsten Generation. Aber sowohl Vögel als auch Menschen vermischen bei der Bildung von Spermien und Eiern zunächst die Gene, die sie von ihren Eltern geerbt haben. Dieser Vorgang wird Rekombination genannt und maximiert die genetische Vielfalt einer Art, indem sichergestellt wird, dass keine zwei Geschwister völlig gleich sind.

Brauns Team fand Hinweise darauf, dass ein Abschnitt eines Vogelchromosoms diesen Rekombinationsprozess etwa zur Zeit des Verschwindens der Dinosaurier einige Millionen Jahre lang unterdrückt hatte. Ob das Aussterbeereignis und die genomischen Anomalien zusammenhängen, ist unklar.

Das Ergebnis war, dass die Flamingos und Tauben in diesem Stück gefrorener DNA einander ähnlich sahen. Unter Berücksichtigung des gesamten Genoms wurde jedoch deutlich, dass die beiden Gruppen weiter entfernt miteinander verwandt sind.

„Überraschend ist, dass dieser Zeitraum der unterdrückten Rekombination die Analyse irreführen könnte“, sagte Braun. „Und weil es die Analyse irreführen könnte, war es tatsächlich mehr als 60 Millionen Jahre in der Zukunft nachweisbar. Das ist das Coole daran.“

Ein solches Geheimnis könnte auch im Genom anderer Organismen lauern.

„Wir haben diese irreführende Region bei Vögeln entdeckt, weil wir viel Energie in die Sequenzierung der Vogelgenome gesteckt haben“, sagte Braun. „Ich denke, es gibt Fälle wie diesen bei anderen Arten, die derzeit einfach nicht bekannt sind.“