پنگوئن‌ها چگونه قدرت پرواز خود را از دست دادند؟

پنگوئن‌ها شاید بیشتر به این خاطر معروف باشند که پرندگان بدون قدرت پروازی هستند که بال‌هایشان به آن‌ها کمک می‌کند تا در میان آب‌های منجمد جنوبگان حرکت کنند. اما این پرندگان حدود ۶۰ میلیون سال پیش یعنی مدت‌ها قبل از تشکیل صفحه یخی جنوبگان، توانایی پرواز خود را از دست دادند و به پرندگانی تبدیل شدند که مهارت بالایی در شنا کردن دارند.

مطالعه جدیدی از فسیل پنگوئن‌ها و ژنوم پنگوئن‌های زنده و پنگوئن‌هایی که اخیراً منقرض شده‌اند، مجموعه‌ای از سازگاری‌های ژنتیکی را آشکار کرد که این پرندگان برای اینکه بتوانند سبک زندگی آبزی داشته باشند، به دست آوردند. این یافته‌ها نشان می‌دهند که پنگوئن‌ها به‌عنوان یک گروه برای زنده ماندن در شرایط محیطی نامسائدی که طی میلیون‌ها سال رخ داد، سازگار شدند.

دنیل کسپکا، یکی از نویسندگان مطالعه و دیرینه‌شناسی در موزه بروس در گرینویچ ایالت کنتیکت گفت، قدیمی‌ترین فسیل پنگوئن مربوط به ۶۲ میلیون سال پیش است. در آن زمان هم پنگوئن‌ها قدرت پرواز نداشتند، اگرچه ازنظر ظاهری با پنگوئن‌های امروزی بسیار فرق داشتند. آن‌ها پاها و منقارهای بلندتری داشتند و بال‌های آن‌ها همچنان بیشتر شبیه بال بود تا باله. به‌گفته‌ی کسپکا، پنگوئن‌های اولیه احتمالاً از جانوری شبیه طوطی دریایی تکامل پیدا کردند که هنوز می‌توانست در هوا پرواز کند. (این جد پروازکننده هنوز در سوابق فسیلی کشف نشده است، بنابراین دقیقاً مشخص نیست پنگوئن‌ها چه زمانی توانایی پرواز را از دست دادند).

کسپکا گفت با گذشت زمان، تکامل انواع مختلفی از پنگوئن‌ها را ایجاد کرد، از پنگوئن‌هایی با منقارهای بلند نیزه‌مانند گرفته تا پنگوئن‌های با پرهای قرمز و پرندگانی که یکی دو فوت قد بلندتر از بزرگ‌ترین گونه پنگوئن امروزی یعنی پنگوئن امپراتور بودند (قد پنگوئن امپراتور به حدود ۱/۱ متر می‌رسد).

در مطالعه‌ی جدید، پژوهشگران شواهد فسیلی، ژنوم پنگوئن‌های زنده امروزی و نیز ژنوم‌های ناقص پنگوئن‌هایی را که طی چند صد سال گذشته منقرض شده‌اند، بررسی کردند.

یافته‌های پژوهشگران نشان می‌دهد که پنگوئن‌ها قبل از ۶۰ میلیون سال پیش از منطقه‌ای در نزدیکی نیوزیلند امروزی منشا گرفتند و در آمریکای جنوبی و جنوبگان پراکنده شدند و سپس به نیوزیلند برگشتند.

کسپکا گفت اکثر گونه‌هایی که امروزه زنده‌ هستند، حدود دو میلیون سال گذشته از یکدیگر جدا شدند. طی آن دوره زمین چرخه‌هایی از دوره‌های یخچالی و میان‌یخچالی را پشت سر گذاشت که طی آن یخ‌های قطبی به‌طور دوره‌ای گسترس پیدا می‌کرد و سپس عقب‌نشینی می‌کرد.

پیشروی یخ پنگوئن‌ها را به سمت شمال راند و احتمالاً برخی از جمعیت‌ها را از هم جدا کرد و آن‌ها را قادر ساخت تا به مدت حدود ۱۰۰ هزار سال مسیرهای تکاملی خود را طی کنند. هنگام عقب‌نشینی یخ، پنگوئن‌های جداشده به گونه‌های متفاوتی تکامل پیدا کرده بودند.

سازگاری‌های ژنتیکی

پژوهشگران در تاریخ ۱۹ ژوئیه در مجله‌ی Nature Communications گزارش کردند که باوجود تمام تغییراتی که پنگوئن‌ها تجربه کرده‌اند، سرعت تکامل آن‌ها از تمام پرندگان دیگر پایین‌تر است. کسپکا گفت این موضوع تعجب‌آور است و هنوز توضیحی برای آن ارائه نشده است.

حیوانات بزرگ‌تر و حیواناتی مانند پنگوئن‌ها که سرعت تولیدمثل پایینی دارند، معمولاً سرعت تکاملی پایینی دارند. اگرچه برخی از پرندگان که از پنگوئن‌ها بزرگ‌تر هستند، سریع‌تر از پنگوئن‌ها تکامل پیدا می‌کنند. به‌گفته‌ی کسپکا، پرندگان دیگری که سرعت تولیدمثل آن‌ها مانند سرعت تولیدمثل پنگوئن‌ها است، نیز سریع‌تر تکامل پیدا می‌کنند، بنابراین برای درک این موضوع که چرا سرعت تکامل پنگوئن‌ها این‌قدر پایین است، پژوهش‌های بیشتری باید انجام شود.

درحالی‌که تکامل پنگوئن‌ها ممکن است نسبتاً کند باشد، تکامل سازگاری‌های زیادی برای زندگی درون و نزدیک دریا دراختیار آن‌ها قرار داده است. آن‌ها ژن‌های مشترکی با دیگر پرندگان بدون پرواز دارند که احتمالاً بال‌هایشان را کوتاه کرده است. پنگوئن‌ها همچنین ژن‌های منحصربه‌فردی دارند که ممکن است تعداد زیادی از عضلات بال‌های اجداد پنگوئن‌ها را به تاندون تبدیل کرده باشد. این امر موجب سفت‌شدن بال پنگوئن‌ها شده است و آن‌ را شبیه باله کرده است.

پژوهشگران همچنین جهش‌هایی را در ژن‌های مرتبط با ذخیره کلسیم پیدا کردند که ممکن است در ایجاد استخوان‌های متراکم نقش داشته باشد و به پنگوئن‌ها کمک کند توانایی شیرجه زدن در آب را داشته باشند.

تکامل تغییرات زیاد دیگری را نیز در پنگوئن‌ها ایجاد کرده است؛ مانند ژن‌های مرتبط با ذخیره چربی و تنظیم دما. یکی از یافته‌های جالب این بود که پنگوئن‌ها در اوایل تکامل خود، چندین ژن را از دست دادند که با هضم اسکلت بیرونی سخت‌پوستان در ارتباط بود. این امر نشان می‌دهد رژیم غذایی پنگوئن‌های بر شکارهایی مانند ماهی و سَرپاوَر (ماهی مرکب) متمرکز بوده است. اما گسترش صفحات یخی اکوسیستمی را در جنوبگان ایجاد کرد که سرشار از کریل (از سخت‌پوستان کوچک) بود. برای پنگوئن‌ها، یک ژن (ژن CHIA) باقی مانده بود که آن‌ها را قادر می‌ساخت سخت‌پوستان را هضم کنند. کسپکا گفت: «اگر این ژن وجود نداشت، شاید پنگوئن‌ها ازنظر هضم کریل‌ها به مشکل برمی‌خوردند.»

کسپکا هشدار داد که حدود ۷۵ درصد از کل گونه های پنگوئنی که تا به حال زندگی کرده‌اند، منقرض شده‌اند و تغییرات اقلیمی ممکن است گونه‌های بیشتری را به انقراض بکشاند. این امر خصوصا درمورد پنگوئن امپراتور (Aptenodytes forsteri) که سبک زندگی منحصر‌به‌فردی دارد و روی یخ دریا تولیدمثل می‌کند، صادق است. اگر یخ دریا آب شود، پنگوئن‌های امپراتور ممکن است برای پیدا کردن سرزمین‌های تولیدمثلی با مشکل مواجه شوند.

در سوی دیگر این طیف، پنگوئن‌های کوچکی قرار دارند که روی جزایر صخره‌ای گالاپاگوس زندگی می‌کنند. این پرندگان آن‌قدر از سرزمین‌های دیگر دورند که اگر زیستگاه استوایی آن‌ها خیلی گرم شود، جایی برای فرار نخواهند داشت. کسپکا گفت: «این حیوانات به تغییرات محیطی حساس هستند و در بسیاری از موارد درمعرض خطر انقراض قرار دارند. در موارد دیگر، آن‌ها ممکن است طی چند دهه آینده بسیار آسیب‌پذیرتر شوند.»