Сканирование 3-D показало, что гибкость черепа — ключ к разнообразию островных птиц

Исследование сверхразнообразных групп птиц, включая вьюрков Дарвина, показало, что модульные части черепа помогли им адаптироваться к разным экологическим ролям.

Адаптивная радиация — это быстрое эволюционное образование множества разнообразных видов от одного предка. Обычно это происходит при колонизации островных местообитаний, когда группа птиц диверсифицируется, чтобы использовать разные экологические ниши.

Два классических примера адаптивной радиации — вьюрки Дарвина (с разной формой клюва в зависимости от питания семенами, фруктами или насекомыми) и гавайские цветочницы (у некоторых длинные клювы для питания нектаром).

Ранее учёные анализировали форму клювов, чтобы понять диверсификацию птиц. Однако, поскольку клюв интегрирован с остальным черепом, это не давало полной картины.

В новом исследовании, опубликованном в Philosophical Transactions of the Royal Society B, учёные сравнили 3-D структуру всего черепа у вьюрков Дарвина, гавайских цветочниц и их общей предковой группы.

Авторы выполнили рентгеновскую микро-КТ (сканирование с очень высоким разрешением) сотен скелетов и ископаемых остатков вымерших видов, чтобы сравнить внешнюю и внутреннюю структуру их черепа.

Результаты:

• Формы черепа гораздо разнообразнее у вьюрков Дарвина и особенно у гавайских цветочниц, чем у их предков или у неродственных групп птиц.
• Эта вариация всего черепа была больше, чем вариация, наблюдаемая только при изучении клювов.
• Разнообразие черепа больше, когда составные кости (например, клюв или глазница) более независимы друг от друга. Высокая интеграция костей ограничивает эволюционный потенциал соседних компонентов.
• Очень модульные черепа, как у гавайских цветочниц, позволяют более свободную эволюцию отдельных частей, что приводит к большему разнообразию форм.

Ведущий автор исследования, доктор Архат Абжанов из Имперского колледжа Лондона: «Приобретя более гибкие, модульные черепа, чем у их предков, эти птицы очень быстро диверсифицировались, чтобы колонизировать острова... Мы нашли механизм развития, который влияет на то, сколько вариаций может быть создано в популяции».

Важно не что едят, а как едят

Сравнение 3-D сканов также выявило удивительные случаи конвергентной эволюции между неродственными птицами.

Обычно это объясняется перекрытием экологической функции (например, одинаковой диетой). Однако, сравнивая целые черепа, а не только клювы, исследователи показали, что важно то, как клюв используется для питания, а не то, что именно едят.

Доктор Абжанов: «Мы видим замечательную конвергенцию между видами, которые в некоторых случаях не имеют одинакового рациона. Например, есть конвергенция между видами, питающимися насекомыми, и видами, питающимися семенами. Они используют свои клювы одинаковым образом: один раскалывает жуков, а другой — семена».

Несмотря на разные экологические требования, в обоих случаях эволюция сформировала череп для конкретной механической функции — обработки твёрдого пищевого объекта.