Penelitian baru mengungkapkan bahwa anomali genetik yang telah lama diabaikan pada burung telah secara signifikan mengubah pemahaman kita tentang garis keturunan evolusioner mereka, menunjukkan bahwa pohon keluarga unggas lebih kompleks daripada yang diperkirakan sebelumnya, dan berdampak pada analisis evolusi organisme lain.
Sebuah meteor yang sangat besar menyebabkan malapetaka bagi sebagian besar dinosaurus 65 juta tahun yang lalu. Tapi tidak semua. Setelah peristiwa kepunahan, burung – yang secara teknis adalah dinosaurus – berkembang biak.
Para ilmuwan telah menghabiskan waktu berabad-abad untuk mencoba mengatur dan memilah sekitar 10.000 jenis burung menjadi satu pohon keluarga yang jelas untuk memahami bagaimana dinosaurus terakhir yang masih hidup memenuhi langit. Murah DNA pengurutan seharusnya membuat hal ini menjadi sederhana, seperti yang terjadi pada banyak spesies lainnya.
Namun burung-burung telah bersiap untuk menipu kita.
Dalam sepasang makalah penelitian baru yang dirilis hari ini, 1 April, para ilmuwan mengungkapkan bahwa peristiwa lain yang terjadi 65 juta tahun lalu menyesatkan mereka tentang sejarah keluarga burung yang sebenarnya. Mereka menemukan bahwa bagian dari satu kromosom menghabiskan jutaan tahun membeku dalam waktu, dan menolak untuk bercampur dengan DNA di dekatnya sebagaimana mestinya.
Bagian ini, yang hanya merupakan dua persen dari genom burung, meyakinkan para ilmuwan bahwa sebagian besar burung dapat dikelompokkan ke dalam dua kategori utama, dengan flamingo dan merpati sebagai sepupu evolusioner. Pohon keluarga yang lebih akurat, yang menjelaskan bagian genom yang menyesatkan, mengidentifikasi empat kelompok utama dan mengidentifikasi flamingo dan merpati sebagai kelompok yang berkerabat lebih jauh.
Flamingo yang lebih besar di Mallorca, Spanyol. Mengungkap misteri genetik mengungkapkan bahwa flamingo dan merpati memiliki hubungan kekerabatan yang lebih jauh dari yang diperkirakan sebelumnya. Kredit: Daniel J.Field
Terobosan dalam Penelitian Evolusi Burung
“Laboratorium saya telah mengatasi masalah evolusi burung lebih lama dari yang saya kira,” kata Edward Braun, Ph.D., penulis senior makalah yang diterbitkan di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional dan seorang profesor biologi di Universitas Florida. “Kami tidak menyangka akan ada sebagian besar genom yang berperilaku tidak biasa. Kami seperti tersandung ke dalamnya.”
Braun mengawasi tim kolaborator internasional yang dipimpin oleh Siavash Mirarab, seorang profesor teknik komputer di Universitas California San Diego, untuk mempublikasikan bukti mereka bahwa potongan DNA yang lengket ini mengacaukan sejarah evolusi burung yang sebenarnya. Mirarab dan Braun juga berkontribusi pada makalah pendamping yang diterbitkan di Alam yang menguraikan silsilah keluarga burung yang diperbarui, yang dipimpin oleh Josefin Stiller di Universitas Kopenhagen.
Kedua makalah tersebut merupakan bagian dari proyek genomik burung B10K yang dipimpin oleh Guojie Zhang dari Universitas Zhejiang, Erich Jarvis dari Universitas Rockefeller, dan Tom Gilbert dari Universitas Kopenhagen.
Dua pohon keluarga burung yang saling eksklusif. Pohon keluarga teratas mengelompokkan flamingo dan merpati, masing-masing berwarna biru dan teal, berdekatan, sedangkan pohon keluarga terbawah tidak. Pohon keluarga teratas dibangun berdasarkan distorsi genom burung sejak kepunahan dinosaurus. Pohon keluarga terbawah mungkin lebih akurat, setelah memperhitungkan anomali genom ini. Kredit: Edward Braun
Anomali Genetik dan Wawasan Evolusioner
Sepuluh tahun yang lalu, Braun dan kolaboratornya menyusun silsilah keluarga Neoaves, sebuah kelompok yang mencakup sebagian besar spesies burung. Berdasarkan genom 48 spesies, mereka membagi Neoaves menjadi dua kategori besar: merpati dan flamingo dalam satu kelompok, sisanya di kelompok lain. Ketika mengulangi analisis serupa tahun ini dengan menggunakan 363 spesies, muncul pohon keluarga berbeda yang membagi merpati dan flamingo menjadi dua kelompok berbeda.
Dengan dua silsilah keluarga yang saling eksklusif, para ilmuwan mencari penjelasan yang dapat memberi tahu mereka pohon mana yang benar.
“Saat kami melihat gen individu dan pohon apa yang didukungnya, tiba-tiba terlihat bahwa semua gen yang mendukung pohon tua, semuanya ada di satu tempat. Itulah yang memulai semuanya,” kata Braun.
Saat menyelidiki tempat ini, tim Braun menyadari bahwa tempat tersebut tidak tercampur seperti yang seharusnya terjadi selama jutaan tahun dalam reproduksi seksual. Seperti halnya manusia, burung menggabungkan gen dari ayah dan ibu ke generasi berikutnya. Namun burung dan manusia pertama-tama mencampurkan gen yang mereka warisi dari orangtuanya saat membuat sperma dan sel telur. Proses ini disebut rekombinasi, dan proses ini memaksimalkan keragaman genetik suatu spesies dengan memastikan tidak ada dua saudara kandung yang sama.
Seekor merpati buah wopoo di Queensland, Australia. Mengungkap misteri genetik mengungkapkan bahwa flamingo dan merpati memiliki hubungan kekerabatan yang lebih jauh dari yang diperkirakan sebelumnya. Kredit: Daniel J.Field
Tim Braun menemukan bukti bahwa satu bagian dari satu kromosom burung telah menekan proses rekombinasi ini selama beberapa juta tahun sekitar waktu dinosaurus punah. Apakah peristiwa kepunahan dan anomali genom saling berkaitan masih belum jelas.
Hasilnya, flamingo dan merpati tampak mirip satu sama lain dalam potongan DNA beku ini. Namun dengan mempertimbangkan genom lengkapnya, menjadi jelas bahwa kedua kelompok tersebut memiliki kekerabatan yang lebih jauh.
“Yang mengejutkan adalah periode rekombinasi yang ditekan ini dapat menyesatkan analisis,” kata Braun. “Dan karena hal ini dapat menyesatkan analisis, hal ini sebenarnya dapat dideteksi lebih dari 60 juta tahun di masa depan. Itu bagian yang keren.”
Misteri semacam itu mungkin juga mengintai genom organisme lain.
“Kami menemukan wilayah yang menyesatkan ini pada burung karena kami mengerahkan banyak energi untuk mengurutkan genom burung,” kata Braun. “Saya pikir ada kasus seperti ini di luar sana pada spesies lain yang belum diketahui saat ini.”
Referensi:
“Evolusi Kompleksitas Tanpa Berpikir” oleh Josephine Stiller, Shaohong Feng, Al-Aabid Chowdhury, Iker Rivas-Gonzalez, David A. Duchene, Qi Fang, Yuan Deng, Alexei Kozlov, Alexandros Stamatakis, James Claramunt, Jacqueline MT Nguyen, Simon YW Ho, Brant C. Faircloth, Julia Haag, Peter Houde, Joel Cracraft, Metin Balaban, Uyen Mai, Guangji Chen, Rongsheng Gao, Chengran Zhou, Yulong Xie, Zijian Huang, Zhen Cao, Zhi Yan, Huw A. Ogilvie, Luay Nakhleh, Bent Lindow, Benoit Morel, Jon Mt, Agostinho Antunes, Dieter Thomas Tietze, Mads Bertelsen, Fumin Lei, Carsten Rahbek, Gary R. Graves, Mikkel H. Schierup, Tandy Warnow, Edward L. Braun, M .Thomas P. Gilbert , Erich D. Jarvis , Siavash Mirarab dan Guojie Zhang, 32 Maret 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07323-1
“Wilayah Rekombinasi yang Tertekan Menyesatkan Filogenomik Neoavian” oleh Siavash Mirarab, Iker Rivas-Gonzalez, Shaohong Feng, Josephine Stiller, Qi Fang, Uyen Mai, Glenn Hickey, Guangji Chen, Nadolina Brajuka, Olivier Fedrigo, Giulio Formenti, Jochen BW Wolf, Kerstin Howe, Agostinho Antunes, Mikkel H. Schierup, Benedict Paten, Erich D. Jarvis, Guojie Zhang dan Edward L. Braun, 1 April 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2319506121
Pekerjaan ini sebagian didukung oleh National Science Foundation.
