Sebuah studi inovatif yang menggunakan data skala genom lengkap telah merevolusi pemahaman kita tentang evolusi burung, mengungkap wawasan baru mengenai hubungan filogenetik di antara spesies burung. Dengan menganalisis kumpulan data komprehensif dari 363 spesies burung, penelitian ini telah mendefinisikan ulang pohon keluarga burung, mengidentifikasi empat kelompok utama dalam Neoaves dan menyoroti sejarah evolusi burung yang kompleks. Kredit: SciTechDaily.com
Studi genomik paling ekstensif hingga saat ini telah mengungkap bagaimana burung menyebar ke seluruh dunia setelah kepunahan massal.
Burung mewakili satu-satunya garis keturunan dinosaurus yang masih hidup saat ini. Sekitar 66 juta tahun yang lalu, pada masa peralihan dari Kapur hingga periode Paleogen (batas K–Pg), peristiwa kepunahan yang dahsyat menyebabkan punahnya semua dinosaurus non-unggas, memberikan peluang bagi burung untuk melakukan diversifikasi dengan cepat dan menempati berbagai relung ekologi.
Neoaves, kelompok beragam yang terdiri dari sekitar 95% dari seluruh burung jenis hari ini, muncul dari radiasi ini. Dari burung condor yang menjulang tinggi di Andes hingga burung kolibri kecil yang terbang melintasi hutan tropis, Neoaves memiliki keragaman bentuk dan fungsi yang menakjubkan.
Meskipun ada banyak upaya untuk merekonstruksi sejarah evolusi unggas dan dampak peristiwa K-Pg menggunakan data morfologi dan data molekuler, urutan percabangan dan hubungan yang tepat di antara garis keturunan neoavian masih menjadi perdebatan.
“Studi sebelumnya mengenai kumpulan data kecil dari wilayah genom yang berbeda sering kali menghasilkan hasil yang bertentangan sehubungan dengan topologi pohon burung,” kata Guojie Zhang, penulis senior makalah tersebut, seorang profesor biologi evolusi di Universitas Zhejiang, dan salah satu penggagas penelitian ini. proyek B10K. “Dalam penelitian ini, untuk pertama kalinya, kami menggunakan data skala genom lengkap untuk menyusun pohon spesies burung dari hampir semua keluarga yang mewakili.”
Kemajuan dalam Data Genomik
Dataset genom lengkap ini dihasilkan oleh konsorsium B10K pada tahap kedua yang mencakup 363 spesies burung yang mencakup seluruh garis keturunan utama burung.
Pohon keluarga baru ini membuka jalan baru dalam perjalanan panjang untuk mengungkap misteri evolusi burung. Menurut pohon keluarga burung yang diperbarui ini, kelompok yang terdiri dari flamingo dan grebes (disebut Mirandornithes) termasuk di antara garis keturunan neoavian pertama yang berevolusi.
Hubungan 363 spesies burung berdasarkan 63.430 lokus antargenik. Kredit: Josefin Stiller
Pohon baru ini menantang organisasi Neoaves dengan mengklasifikasikan kelompok besar ini menjadi empat kelompok utama: Mirandornithes, Columbaves, Elementaves, dan Telluraves. Elementaves adalah pengelompokan baru yang diusulkan yang terdiri dari ca. 14% dari seluruh spesies burung modern termasuk kelompok berbeda seperti hoatzin yang penuh teka-teki, burung pantai, burung kolibri, dan burung tropis.
Elementaves diberi nama untuk mencerminkan keanekaragaman kelompok yang luar biasa dalam relung ekologi, yang mewakili elemen utama Bumi, udara, dan air. Pohon keluarga baru ini menyelesaikan beberapa perdebatan lama mengenai hubungan antar spesies burung dan memberikan dasar yang kuat untuk mempelajari evolusi burung dan perkembangan sifat.
Dampak Analisis Genomik Komprehensif
Dengan menggunakan data genom lengkap dari 363 spesies burung, ini adalah kumpulan data terbesar yang pernah digunakan untuk analisis filogenetik burung. Tim tersebut membangun jalur baru untuk mengekstraksi lebih dari 150.000 wilayah yang tersebar di seluruh genom.
“Kami mengkarakterisasi hubungan filogenetik di seluruh genom dan mengidentifikasi pola yang terkait dengan konteks genom dan karakteristik urutan,” kata Josefin Stiller, penulis utama penelitian ini dan Asisten Profesor dalam biologi evolusi di Universitas Kopenhagen, “Kami menemukan bahwa berbagai bagian-bagian genom, misalnya kromosom individu atau gen pengkode protein, sering kali mendukung pohon yang sangat berbeda. Hal ini mungkin menjelaskan mengapa penelitian yang hanya menganalisis bagian genom tertentu mengalami konflik.”
Mengumpulkan data berkualitas tinggi dan dalam jumlah besar adalah kunci untuk menghasilkan pohon filogenetik yang kuat. Tim menemukan bahwa di sebagian besar cabang, konsensus mengenai hubungan mereka dapat dicapai ketika jumlah data yang digunakan cukup. Namun posisi filogenetik beberapa kelompok burung seperti burung hantu dan elang tetap membingungkan bahkan dengan data skala genom lengkap.
Waktu divergensi 363 jenis burung berdasarkan 63.430 lokus antargenik. Kredit: Josefin Stiller
“Lebih banyak data belum tentu menghasilkan solusi yang lebih baik,” kata Zhang. Siavash Mirarab, salah satu penulis senior studi tersebut, seorang profesor teknik elektro dan komputer di Universitas California, San Diego, menambahkan bahwa, “Alasannya mungkin karena sejarah evolusi yang kompleks seperti perkawinan silang kuno antara dua garis keturunan. penyortiran garis keturunan yang tidak lengkap, ketertarikan cabang yang panjang, dan bias DNA konten urutan, yang semuanya dapat mengganggu rekonstruksi pohon filogenetik.”
Studi ini melaporkan wawasan baru mengenai faktor-faktor mana yang mempengaruhi cabang-cabang pohon, sehingga memberikan gambaran yang lebih komprehensif dan asli tentang asal usul kelompok burung ini. Studi ini juga mengusulkan skala waktu yang lebih akurat untuk diversifikasi burung modern, menunjukkan bahwa radiasi cepat terjadi pada atau mendekati kepunahan massal di batas Kapur–Paleogen (K–Pg) dan pada tingkat yang lebih rendah segera setelah Paleogen–Neogen. batas.
Para peneliti menemukan bahwa radiasi ini terjadi bersamaan dengan perubahan genetik dan morfologi yang luar biasa pada burung, termasuk tingkat mutasi yang lebih besar, ukuran tubuh yang lebih kecil, otak yang lebih besar, dan ukuran populasi efektif yang lebih besar. “Ini menggambarkan kekuatan genomik komparatif: dengan membandingkan genom spesies hidup, kita dapat mengungkap jejak peristiwa yang terjadi 66 juta tahun lalu,” kata Stiller.
“Pekerjaan kami telah mengubah banyak pandangan tradisional tentang sejarah evolusi burung. Pohon keluarga baru ini akan berfungsi sebagai tulang punggung yang kokoh untuk memetakan sejarah evolusi semua spesies burung dengan implikasi penting bagi penelitian ornitologi dan studi keanekaragaman hayati,” tutup Zhang.
Referensi: “Evolusi Kompleksitas Hingga Dikembangkan dan Dianggap” 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, John Mountain, Peter A. Hosner, Rute R. da Fonseca, Bent Petersen, Joseph A. Tobias, Tamas Szekely, Jonathan David Kennedy, Andrew Hart Reeve, Andras Liker, Martin Starvander, 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 , 1 April 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07323-1
