การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมและฟอสซิลใหม่ของเพนกวินเผยให้เห็นถึงวิวัฒนาการของพวกมัน
เพนกวินอาจเป็นที่รู้จักกันเป็นอย่างดีว่าเป็นนกที่บินไม่ได้ซึ่งมีปีกช่วยให้พวกมัน “บิน” ผ่านน่านน้ำแอนตาร์กติกที่เย็นยะเยือก แต่เพนกวินสูญเสียความสามารถในการบินและกลายเป็นนักว่ายน้ำที่มีความคล่องตัวมากกว่าเมื่อ 60 ล้านปีก่อน นานก่อนที่แผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกจะก่อตัว และตอนนี้นักวิจัยได้เปิดเผยว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร
การศึกษาใหม่ของซากดึกดำบรรพ์ของนกเพนกวินและจีโนมของนกเพนกวินในปัจจุบันและที่เพิ่งสูญพันธุ์ไปเมื่อเร็ว ๆ นี้ระบุถึงการดัดแปลงพันธุกรรมของนกที่ทำขึ้นเพื่อใช้ชีวิตในน้ำ ตั้งแต่การมองเห็นที่ไวต่อโทนสีน้ำเงินใต้น้ำไปจนถึงยีนที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนในเลือด และแม้กระทั่งการเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่นของกระดูก การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าเพนกวินทั้งกลุ่มปรับตัวให้อยู่รอดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งเกิดขึ้นเป็นเวลาหลายล้านปี
จากเที่ยวบินสู่ไร้อากาศ
ฟอสซิลเพนกวินที่เก่าแก่ที่สุดมีอายุถึง 62 ล้านปีก่อน แดเนียล เคเซปกา ผู้เขียนร่วมการศึกษา นักบรรพชีวินวิทยาที่พิพิธภัณฑ์บรูซ ในเมืองกรีนิช รัฐคอนเนตทิคัต กล่าว เมื่อถึงเวลานั้น เพนกวินบินไม่ได้แล้ว แม้ว่าพวกมันจะดูแตกต่างจากนกเพนกวินสมัยใหม่มาก พวกมันมีขาและจะงอยปากที่ยาวกว่า และปีกของพวกมันก็ยังเหมือนปีกมากกว่าเหมือนนกตีนกบ Ksepka กล่าวกับ WordsSideKick.com
“สัตว์ในยุคแรกๆ เหล่านี้น่าจะพัฒนามาจากสัตว์คล้ายนกพัฟฟินที่ยังคงบินอยู่ในอากาศได้” Ksepka กล่าว (บรรพบุรุษบินนี้ยังไม่ได้ถูกค้นพบในบันทึกฟอสซิล ดังนั้นจึงไม่ทราบแน่ชัดว่าเพนกวินสูญเสียความสามารถทางอากาศเมื่อใด)
เมื่อเวลาผ่านไป วิวัฒนาการได้สร้าง “ฝูงนกเพนกวินหลากสีสันที่น่าสนใจ” Ksepka กล่าว ตั้งแต่นกเพนกวินที่มีปากเหมือนหอกยาว ไปจนถึงนกเพนกวินที่มีขนสีแดง ไปจนถึงนกที่ยืนสูงกว่าเพนกวินที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันหนึ่งถึงสองฟุต นั่นคือจักรพรรดิ วัดได้สูงประมาณ 3 ฟุต 7 นิ้ว (1.1 เมตร)
ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้ประเมินหลักฐานฟอสซิลควบคู่ไปกับจีโนมของเพนกวินที่ยังมีชีวิตอยู่ทั้งหมด และจีโนมบางส่วนสำหรับผู้ที่สูญพันธุ์ภายในไม่กี่ร้อยปีที่ผ่านมา ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่านกเพนกวินมีถิ่นกำเนิดใกล้กับประเทศนิวซีแลนด์ในปัจจุบันเมื่อ 60 ล้านปีก่อน กระจายไปยังอเมริกาใต้และแอนตาร์กติกา แล้วจึงกลับมายังนิวซีแลนด์ สปีชีส์ส่วนใหญ่ที่มีชีวิตอยู่ในปัจจุบันแยกจากกันในช่วง 2 ล้านปีที่ผ่านมาหรือประมาณนั้น Ksepka กล่าว ในช่วงเวลานั้น โลกได้ผ่านวัฏจักรของยุคน้ำแข็งและช่วงระหว่างน้ำแข็งซึ่งน้ำแข็งขั้วโลกขยายตัวและถอยกลับ การเคลื่อนตัวของน้ำแข็งได้ผลักเพนกวินไปทางเหนือ อาจทำให้ประชากรบางส่วนขาดจากกัน และทำให้พวกมันสามารถใช้เส้นทางวิวัฒนาการของตนเองได้ประมาณ 100,000 ปี เมื่อน้ำแข็งถอยกลับ
“มันไม่ได้ส่งผลกระทบต่อทุกสายพันธุ์อย่างเท่าเทียมกัน แต่เกือบจะเหมือนกับว่ามีคนกำลังหมุนข้อเหวี่ยงเพื่อสร้างสายพันธุ์เพนกวินมากขึ้น” Ksepka กล่าว
ดัดแปลงพันธุกรรม
นักวิจัยรายงานเมื่อวันที่ 19 กรกฎาคมในวารสาร Nature Communicationsถึงแม้ว่าการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดจะผ่านมาแล้ว แต่เพนกวินก็มีอัตราการวิวัฒนาการที่ช้าที่สุดของการเปลี่ยนแปลงของนกทั้งหมด(เปิดในแท็บใหม่). สิ่งนี้น่าประหลาดใจและยังคงอธิบายไม่ได้ Ksepka กล่าว สัตว์ขนาดใหญ่และสัตว์ที่ขยายพันธุ์ค่อนข้างช้าเหมือนที่นกเพนกวินทำ มักจะมีอัตราการวิวัฒนาการที่ช้ากว่า เขากล่าว อย่างไรก็ตาม นกบางชนิดที่ตัวใหญ่กว่าเพนกวินจะวิวัฒนาการได้เร็วกว่านกเพนกวิน นกชนิดอื่นๆ ที่ขยายพันธุ์ในอัตราที่ใกล้เคียงกับนกเพนกวินก็มีวิวัฒนาการเร็วขึ้นเช่นกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำงานมากขึ้นเพื่อทำความเข้าใจว่าทำไมนกเพนกวินจึงมีวิวัฒนาการช้ามาก Ksepka กล่าว
แม้ว่าวิวัฒนาการของนกเพนกวินอาจค่อนข้างช้า แต่ก็มีการปรับตัวหลายอย่างสำหรับชีวิตในและใกล้ทะเล พวกมันมียีนร่วมกันกับนกที่บินไม่ได้ตัวอื่นๆ ซึ่งน่าจะทำให้ปีกของพวกมันสั้นลง และพวกมันยังมียีนพิเศษที่อาจเปลี่ยนกล้ามเนื้อหลายส่วนในปีกของบรรพบุรุษของเพนกวินให้กลายเป็นเส้นเอ็น ซึ่งทำให้ปีกเพนกวินแข็งและทำให้มันเหมือนตีนกบมากขึ้น นักวิจัยยังพบการกลายพันธุ์ในยีนที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บแคลเซียม ซึ่งอาจมีส่วนทำให้กระดูกหนาแน่นซึ่งช่วยให้เพนกวินดำน้ำได้
วิวัฒนาการยังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ อีกมากมาย เช่น ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสะสมไขมันและการควบคุมอุณหภูมิ การค้นพบที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือเพนกวินสูญเสียยีนหลายตัวในช่วงเริ่มต้นของวิวัฒนาการ ซึ่งเชื่อมโยงกับการย่อยเปลือกนอกของสัตว์จำพวกครัสเตเชีย สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่านกเพนกวินยุคแรกมีอาหารที่มีเหยื่อเป็นศูนย์กลางเช่นปลาและปลาหมึก Ksepka กล่าว แต่การขยายตัวของแผ่นน้ำแข็งทำให้เกิดระบบนิเวศในทวีปแอนตาร์กติกที่อุดมไปด้วยเคย ซึ่งเป็นสัตว์จำพวกครัสเตเชียนขนาดเล็ก โชคดีที่นักวิจัยพบว่าเพนกวินมียีนเหลืออยู่หนึ่งยีน นั่นคือยีน CHIA ที่ช่วยให้พวกมันยังสามารถย่อยสัตว์จำพวกครัสเตเชียนได้
“ถ้าอันสุดท้ายปิดตัวลง พวกเขาอาจจะมีปัญหาในการย่อย [krill]” Ksepka กล่าว
Ksepka เตือนว่าประมาณ 75% ของสายพันธุ์เพนกวินทั้งหมดที่เคยมีชีวิตสูญพันธุ์ และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอาจดับไปมากกว่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสายพันธุ์ที่มีวิถีชีวิตเฉพาะกลุ่ม เช่น เพนกวินจักรพรรดิ ( Aptenodytes forsteri ) ที่ผสมพันธุ์ทั้งหมดบนน้ำแข็งทะเล หากน้ำแข็งทะเลละลาย Ksepka กล่าวว่าเพนกวินจักรพรรดิอาจ ดิ้นรนเพื่อหาแหล่ง เพาะพันธุ์ อีกด้านหนึ่งของสเปกตรัม เพนกวินตัวเล็ก ๆ ที่อาศัยอยู่ในหมู่เกาะกาลาปากอสที่เป็นหินนั้นอาศัยอยู่ห่างไกลจากดินแดนอื่นซึ่งพวกเขาไม่มีที่หลบภัยหากที่อยู่อาศัยในแถบเส้นศูนย์สูตรของพวกมันร้อนเกินไป
“เราคิดว่าสัตว์เหล่านี้มีความอ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมอย่างแน่นอน และในหลายกรณีพวกมันถูกพิจารณาว่าใกล้สูญพันธุ์” Ksepka กล่าว “ในกรณีอื่น ๆ พวกเขาอาจมีความเสี่ยงมากขึ้นในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า”
