Любители птиц помогли ученым раскрыть секреты эволюции клювов
Гражданские ученые и любители птиц со всего мира помогли исследователям из Университета Шеффилда и Университета Южной Флориды раскрыть новые секреты эволюции птичьих клювов в ходе новаторского исследования, опубликованного в журнале Nature.
Исследователи попросили общественность помочь измерить форму клювов более чем у 2000 видов птиц, которые были отсканированы в 3-D с экземпляров из Музея естественной истории и Манчестерского музея. Используя эти краудсорсинговые данные, команда смогла показать, что разнообразие птичьих клювов расширилось на ранних этапах их эволюционной истории.
Исследователи обнаружили, что самые необычные формы клювов часто связаны с периодами исключительно быстрых эволюционных изменений. Однако, как только достигаются крайние формы, изменения клювов со временем становятся гораздо менее значительными, поскольку птицы заполняют всё более узкие эволюционные ниши. Есть некоторые примеры — такие как птицы, эволюционировавшие в сравнительной изоляции на удаленных островах, таких как Галапагосы и Гавайский архипелаг, — которые продолжали эволюционировать быстро.
Исследование было проведено учеными из Университета Шеффилда Гэвином Томасом и Крисом Кунни вместе с Джен Брайт, которая недавно перешла из Шеффилда в USF, где является доцентом в Школе геонаук и членом Центра виртуализации и прикладных пространственных технологий. Исследование финансировалось Европейским исследовательским советом и Королевским обществом.
«Форма клюва птицы — важный показатель пищи, которую она ест, и способа её добычи — её экологической ниши», — сказал Томас, руководитель проекта. — «Этот проект дал нам ключевое представление о том, как эволюционные процессы разворачиваются в течение миллионов лет — с основными всплесками эволюции по мере появления новых групп и более мелкими изменениями впоследствии».
Измерения животных в дикой природе были бы невозможны, но 3-D модели, сделанные с экземпляров в музеях естественной истории, предоставили новые возможности для этого детального исследования.
Члены общественности заходили на сайт www.markmybird.org, который позволял любому получить доступ к 3-D моделям клювов и помочь создать этот новый ресурс форм клювов.
«Большое разнообразие форм птичьих клювов давно очаровывает биологов и натуралистов, включая самого Дарвина. Замечательно иметь возможность использовать информацию, хранящуюся в коллекциях естественной истории, чтобы пролить свет на то, как развивалось разнообразие этой важной экологической черты», — сказал Кунни.
Проект был разделен на две основные задачи: геометрическую морфометрию и анализ эволюционных скоростей.
Геометрическая морфометрия — это способ измерения формы объектов со сложной или сильно изменчивой геометрией — в данном случае, птичьих клювов. Она работает путем размещения виртуальных «меток» на одно и то же место (например, кончик клюва) на 3-D сканах каждого клюва, а затем сравнения положений этих меток у всех птиц, чтобы увидеть, как они меняются.
Исследователи в конечном итоге планируют отсканировать всех из более чем 10 000 видов птиц, но им нужна была помощь для выполнения такой монументальной задачи. Сканирование клювов в музее занимает время — команда могла сканировать максимум сорок или пятьдесят клювов в день, а простое размещение меток на клювах могло занимать примерно три минуты на птицу.
Исследователи решили привлечь добровольцев, и родился сайт markmybird.org. Чтобы сделать проект более увлекательным для участников, ученые награждали значками тех, кто активно помогал.
«Этот проект никогда бы не состоялся без двух вещей: помощи всех тех добровольцев, которые пожертвовали своим временем, и коллекций экземпляров, хранящихся в музеях, с которыми мы работали», — сказала Брайт. — «То, что вы видите на выставке в музее, представляет собой крошечную часть того, что там хранится; они — сундук с научными сокровищами».
Сделав 3-D сканы и разместив их в сети, исследователи смогли открыть часть музейных хранилищ для публики. Посетители сайта могут взаимодействовать с 3-D моделью онлайн, поворачивать её и увеличивать для детального рассмотрения, не рискуя повредить экспонаты, некоторые из которых бесценны и уникальны.
«Как только у вас есть эти 3-D данные, вы можете продолжать задавать им всевозможные научные вопросы», — сказала Брайт. — «Такого рода архивирование и доступ к коллекциям естественной истории — ключевая часть работы, которую мы сейчас проводим в CVAST в USF, где мы работаем над созданием виртуальной библиотеки образцов для людей, чтобы они могли видеть и использовать их в таких проектах, как этот».