Per Charles Darwin, gli uccelli hanno offerto una finestra sul processo di selezione naturale e, in definitiva, sull'evoluzione. Dopo aver osservato la notevole variazione dei becchi tra i fringuelli delle Isole Galapagos negli anni '30 del XIX secolo, il naturalista britannico osservò: "Vedendo questa gradazione e la diversità della struttura in un piccolo gruppo di uccelli intimamente correlati, si potrebbe davvero immaginare che da un'originale scarsità di uccelli in questo arcipelago, una specie era stata catturata e modificata per scopi diversi. ”Tuttavia, più di 150 anni dopo Darwin, le relazioni evolutive tra gli uccelli rimangono un mistero avvincente.
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Questo mese, una coalizione di scienziati dell'università e del governo avvierà un ambizioso sforzo per districare quei rapporti con il progetto OpenWings recentemente lanciato. Finanziato dalla National Science Foundation, il progetto ha l'obiettivo di creare un albero della vita, o filogenesi, per gli uccelli del mondo. Raccogliendo informazioni genetiche per tutte le 10.560 specie di uccelli, i ricercatori sperano di creare un quadro migliore di come i nostri amici aviari ormai esistenti si sono evoluti dai dinosauri che li hanno preceduti e come potrebbero andare avanti in futuro.
"Sappiamo che c'è irregolarità nell'albero della vita aviaria", afferma Terry Chesser, uno zoologo di ricerca e membro dell'USGS Biological Survey Unit che lavora presso il Museo Nazionale di Storia Naturale. In alcuni punti dell'albero, gli uccelli si specchiavano l'uno dall'altro su rami diversi molto più velocemente rispetto ad altri luoghi: lignaggi diversi che si diversificavano più velocemente e forse con tassi di cambiamento diversi a seconda del periodo storico. Alcune caratteristiche come piumaggio o tipo di corpo sono associate ad alcuni di questi cambiamenti, ma non si sa esattamente come.
Il progetto ha anche il potenziale per alterare le attuali conoscenze sull'evoluzione degli uccelli, comprese le grandi domande su quando gli uccelli hanno iniziato ad evolversi dai dinosauri. Alcuni scienziati credono che uccelli e dinosauri abbiano iniziato a separarsi prima dell'evento di estinzione Cretaceo-Paleogene circa 66 milioni di anni fa che ha ucciso i dinosauri terrestri, mentre altri credono che gli uccelli e i dinosauri aviari non avessero ancora ipotizzato all'epoca. La creazione di una filogenesi completa degli uccelli probabilmente risolverà questa controversia o almeno offrirà nuove prove. Il team del progetto OpenWings lavorerà con un paleontologo per integrare prove fossili, afferma Chesser.
Il progetto mira ad essere l'albero degli uccelli più completo della vita fino ad oggi, ed è il primo ad essere eseguito su un gruppo di animali vertebrati. Attualmente, afferma Chesser, quando le persone cercano di assemblare un albero per uccelli, "finiscono per creare un albero con molti dati mancanti" e aggiungono specie che non hanno dati che indicano dove dovrebbero andare date le loro attuali tassonomie, che sono stati decisi in base a caratteristiche osservative, non genetiche. Un altro progetto, B10k, sta cercando di sequenziare "genomi di riferimento" completi per tutte le specie di uccelli, ma finora ne ha raggiunti solo circa 300.
Fare genomi di riferimento è un compito gigantesco, mentre quello che farà il progetto OpenWings è un po 'più gestibile, afferma Rebecca Kimball, una biologa evoluzionista dell'Università della Florida che collabora con il progetto OpenWings. Sarà anche un accesso aperto, il che significa che gli ornitologi di tutto il mondo possono usare i risultati - che verranno rilasciati mentre vengono tracciati, anziché in un unico lotto alla fine del progetto - per approfondire i rami specifici della famiglia di uccelli albero. Alcuni gruppi di uccelli meno conosciuti "meritano più attenzione di quanto saremo in grado di dare loro in questo studio su larga scala", afferma Kimball.
"Individualmente, tutti noi abbiamo specie [di uccelli] che amiamo e che ci interessano", dice, ma porre grandi domande significa che è impossibile per i ricercatori concentrarsi su specifiche famiglie di uccelli nel Progetto OpenWings. Rendere i dati ad accesso aperto significa che probabilmente il lavoro verrà comunque svolto, afferma.
Wrens rufous-naped. La Divisione degli uccelli di Smithsonian ospita e conserva la terza più grande collezione di uccelli al mondo, con oltre 625.000 esemplari. (NMNH / Smithsonian Institution) Il sequenziamento delle informazioni genetiche per oltre 10.000 specie totali di uccelli è ancora un'impresa enorme e qualcosa che è diventato possibile solo grazie ai recenti progressi nell'analisi genetica, afferma Chesser. Per condurre questo studio ad ampio raggio, i ricercatori dovranno concentrarsi su sequenze specifiche di DNA chiamate regioni "ultra-conservate". Queste regioni del DNA sono quelle che hanno resistito a precedenti eventi di speciazione, quando nuovi tipi di uccelli sono venuti a sedersi su nuovi rami dell'albero e offrono un modo per guardare indietro alle relazioni genetiche.
Questo progetto non sarebbe possibile senza gli accurati sforzi di raccolta e conservazione dei musei, afferma Chesser. I collaboratori di OpenWings rappresentano istituzioni con vaste collezioni di esemplari di uccelli, tra cui il Field Museum of Natural History, l'American Museum of Natural History e lo Smithsonian Institution's National Museum of Natural History. Includono anche collezioni in rapida crescita nelle università, in particolare la Kansas University e il Museo di scienze naturali della Louisiana Student University.
Dagli anni '80, afferma Kimball, i musei hanno conservato campioni di DNA dagli esemplari delle loro collezioni insieme ai corpi trattati degli stessi esemplari. Per molte specie, questo è da dove proviene il materiale genetico. In altri casi, dove sono stati raccolti esemplari prima che questa diventasse la norma, Cresser afferma che faranno affidamento su una parte inaspettata degli uccelli: i loro artigli. Il modo migliore per ottenere prove genetiche da un esemplare conservato che è stato trovato finora, dice, "è tagliare un pezzo di pad sulle punte degli uccelli".
A questo punto, i ricercatori del progetto stanno ancora cercando di capire quali istituti hanno esemplari di quali uccelli, afferma Cresser. La maggior parte degli studi di questo tipo usa decine o centinaia di specie, dice - come uno studio del 2015 pubblicato su Nature che ha gettato le basi creando un albero della vita per 198 specie di uccelli. Il coordinamento di migliaia richiede un po 'più di lavoro, in particolare quando si fa parte di un team che rappresenta 10 principali istituzioni partecipanti.
Erich Jarvis, neuroscienziato della Rockefeller University che guida B10K, ha detto a Elizabeth Pennisi di Science che pensa che solo un approccio a tutto il genoma possa generare un albero robusto per gli uccelli, perché copre tutti i tipi di informazioni genetiche codificate nel DNA di un uccello . Ma altri scienziati hanno riconosciuto a Pennisi che è un netto miglioramento rispetto a ciò che i ricercatori di uccelli hanno ora: quello, ed è interamente finanziato, che B10K non è.
"Ciò dimostra l'efficacia e l'importanza fondamentale delle continue attività di raccolta museale", afferma l'ornitologo evoluzionista della Yale University Richard Prum, coautore del documento del 2015. "Questo consorzio comprende la maggior parte delle più grandi collezioni di tessuti naturali al mondo", afferma Prum, che non è coinvolto nel progetto OpenWings.
Prum aggiunge che è giunto il momento che qualcuno crei una filogenesi aviaria completa. Con la nuova tecnologia genetica, è più fattibile che mai, anche se la scala non ha precedenti, dice. Dopotutto, i metodi esistono già: si tratta solo di mettere tutto insieme. Questo tipo di lavoro ha il potenziale per cambiare il modo di intendere gli uccelli, con implicazioni per la loro conservazione e per la loro storia evolutiva.
Le idee di Darwin sull'evoluzione si basavano sulle caratteristiche osservabili dei suoi fringuelli. Ma al di là di quelle caratteristiche osservabili ci sono strati e strati di relazioni genetiche, e senza una conoscenza operativa della genetica, questi gli erano nascosti. Con questa nuova tecnologia, è possibile vedere come anche le specie che sembrano e agiscono in modo diverso possono essere strettamente correlate. Fare un intero albero “farà avanzare lo studio della filogenetica”, afferma Chesser, ma aiuterà anche la conservazione in modo diretto.
"Uno dei criteri frequentemente utilizzati nella pianificazione della conservazione è il carattere filogenetico", afferma, "tale che le aree che includono specie sui loro rami evolutivi distinti hanno spesso un peso maggiore nella pianificazione della conservazione". Il progetto OpenWings mostrerà come i filogeneticamente distinti differiscono le specie lo sono davvero. "Queste informazioni dovrebbero essere molto utili agli ambientalisti nel valutare quali aree o specie dare la priorità", afferma
