Вымершие птицы-слоны Мадагаскара — самые большие из когда-либо живших птиц — привлекали внимание общественности на протяжении сотен лет. О них мало что известно из-за больших пробелов в летописи окаменелостей скелетов.
Новое исследование, опубликованное сегодня в Nature Communications, использовало древние молекулы, извлеченные из ископаемой яичной скорлупы, чтобы раскрыть удивительные новые взгляды на биологию этих нелетающих гигантов. Сколько видов было? Где они жили? Что они едят?
Ответы на эти вопросы способствуют нашему пониманию происхождения и утраты видов, что особенно важно сегодня, когда глобальное биоразнообразие продолжает быстро сокращаться.
Будучи очагом биоразнообразия, островное государство Мадагаскар является естественной пробиркой для изучения эволюции и вымирания. Многочисленные виды ныне вымершей мегафауны, которые когда-то бродили там, играют ключевую роль в нашем понимании этих процессов.
Одной из таких групп были птицы-слоны, о которых почти ничего не известно с тех пор, как они были впервые описаны более 150 лет назад.
Наряду с африканским страусом, австралийским эму и казуаром, южноамериканским нанду и новозеландским моа и киви, мадагаскарские слоны (или воромпатры на малагасийском языке) были крупными нелетающими бескилевыми. Они вымерли около 1000 лет назад, вскоре после того, как люди впервые заселили Мадагаскар.
Это были поистине огромные птицы, некоторые из которых весили более 700 кг и достигали трехметрового роста. Их яйца весом 10 кг были в 150 раз больше куриного яйца.
Птицы-слоны (Aepyornithiformes) были предметом легенд на протяжении сотен лет, и ранние наблюдения, возможно, были источником мифического существа, руха (или руха), и вдохновляли таких писателей, как Герберт Уэллс . Британский натуралист Дэвид Аттенборо также проявлял особый интерес к птицам-слонам, документируя свое путешествие в поисках ответов о своем собственном яйце птицы-слона в Аттенборо и гигантском яйце.
В последние годы было обнаружено, что птицы-слоны наиболее тесно связаны с птицей киви размером с курицу — результат, который изменил наш взгляд на эволюцию птиц.
Тем не менее, до сих пор ведутся споры о том, сколько видов слоновых птиц существовало на самом деле. В свое время 16 видов были названы на основе различий, обнаруженных между скелетными окаменелостями. В 1960-х годах это число сократилось до семи видов, а в последней редакции слоновые птицы были классифицированы на четыре вида. Но почему полемика?
Хотя эти птицы вымерли относительно недавно, летопись окаменелостей скелетов во времени и пространстве неоднородна. Климат Мадагаскара может быть очень жарким и влажным, что не способствует сохранению биологического материала.
Когда кости неполные или фрагментированы, может быть трудно отличить разные виды, а иногда кости вообще не сохраняются, как, например, на крайнем севере Мадагаскара, где были сообщения о яичной скорлупе, но не о костях.
Современные технологии ДНК могут помочь преодолеть этот барьер. Точно так же, как мы можем идентифицировать людей или сказать, как они связаны друг с другом, сравнивая их ДНК, древняя ДНК из окаменелостей может помочь идентифицировать неизвестные образцы или раскрыть отношения внутри видов и между ними.
Чем больше различий между ДНК двух организмов, тем дальше они связаны. Затем эти различия можно использовать для оценки того, когда виды эволюционировали, что дает представление о том, как и почему. Но, как и сами кости слоновой птицы, ДНК в них тоже плохо сохранилась.
Вот тут-то и появляется яичная скорлупа. По сравнению с другими птицами яичная скорлупа слоновой птицы очень толстая, поэтому ДНК, попавшая внутрь, лучше защищена. Яичной скорлупы также гораздо больше, чем костей, ее фрагменты плотно разбросаны по пляжам вдоль береговой линии Мадагаскара, где предположительно когда-то гнездились эти птицы.
Помимо сохранения ДНК и белков, яичная скорлупа сохраняет сигнатуры «стабильных изотопов», которые можно сопоставить с таковыми растений и животных из окружающей среды, чтобы получить представление о том, что птицы ели и пили.
Физические характеристики яичной скорлупы (такие как толщина и плотность пор) также могут дать информацию о размере яйца, размере птицы, среде гнездования, поведении гнездования и иногда могут использоваться для различения групп птиц.
С помощью и при поддержке местных жителей Малагасии наша команда собрала сотни ископаемых яичных скорлуп возрастом 1000 лет со всего Мадагаскара. Мы рассмотрели их толщину, микроструктуру (с помощью микро-КТ), ДНК и белки, а также их стабильные изотопы. Мы проверили сотни фрагментов яичной скорлупы, чтобы найти 21 фрагмент с ДНК, достаточной для реконструкции генеалогического древа с использованием образцов яичной скорлупы и костей известной идентичности.
Мы обнаружили, что видов птиц-слонов не так много, как считалось ранее, — между образцами было очень мало генетических различий. Мы думаем, что некоторые различия в размерах и форме, наблюдаемые в скелетных окаменелостях, являются просто различиями между самцами и самками, а не различиями между видами. Среди бескилевых самки обычно намного крупнее самцов и их принимают за разные виды.
Но что еще более удивительно, мы идентифицировали загадочную яичную скорлупу с крайнего севера Мадагаскара как принадлежность к новой линии крупных птиц-слонов, которые весили 230 кг и откладывали 3 кг яиц. Хотя эти птицы были тесно связаны со слоновыми птицами центрального Мадагаскара, они отличались генетически и питались по-другому. Их также разделяли примерно 1000 км по расстоянию и 1,5 км по высоте.
Это доказывает, что птицы-слоны жили на крайнем севере Мадагаскара, где никогда не находили скелетов, что напоминает обнаружение нового гоминида в результате анализа ДНК неизвестного окаменелости.
Это были не единственные неожиданные результаты: мы также определили потенциальные факторы видообразования (образования новых видов) и чрезвычайного гигантизма у слоновых птиц. По мере того как Мадагаскар становился суше и прохладнее во время последнего ледникового периода, растительность изменилась, и птицы-слоны, возможно, приспособились к новым нишам. Это привело к эволюции крупнейших видов в быстром и недавнем временном отрезке — в течение последних 1,4 миллиона лет, что составляет часть их эволюционной истории.
Эти находки демонстрируют, насколько древняя ДНК из яичной скорлупы является многообещающим направлением для изучения эволюции вымерших птиц. Это способствует нашему пониманию прошлого биоразнообразия Мадагаскара — важный шаг к пониманию того, как сохранить его уникальные виды в будущем.
