Wir haben uns schon immer geirrt, wenn es um die Entwicklung der Vögel geht

Seit geraumer Zeit wissen wir, dass Vögel eigentlich Vogeldinosaurier sind, die von einer Gruppe abstammen, die das Massenaussterben in der Kreidezeit und im Paläogen überlebt hat. Wir wissen auch, dass die Entwicklung der Vögel bereits in der letzten Phase des Juras begann, d. h. mehrere zehn Millionen Jahre vor dem Ereignis, das zum Aussterben der nicht-avischen Dinosaurier führte. Trotzdem ist es möglich, dass die Forscher den Stammbaum der Vögel immer aus dem falschen Blickwinkel betrachtet haben, um es einmal so auszudrücken. Zumindest bis heute.

Ein neuer Stammbaum für Vögel

Den Anfang macht das Projekt Bird 10.000 Genomes, kurz B10K, eine internationale Initiative zur Sequenzierung der Genome der mehr als 10.000 heute existierenden Vogelarten. Im Rahmen dieses Projekts haben zwei kürzlich durchgeführte Studien den Stammbaum der Vögel genauer unter die Lupe genommen, und zwar in einem in der Geschichte noch nie dagewesenen Versuch. Die Forscher untersuchten die evolutionären Beziehungen von 363 Vogelarten über einen Zeitraum von 93 Millionen Jahren und veröffentlichten ihre Ergebnisse in zwei Fachzeitschriften: PNAS und Nature. Doch was hat es mit diesen Forschungen auf sich? Und warum sind sie so revolutionär? Dafür gibt es hauptsächlich drei Gründe:

• Die verwendete Methodik. Das Labor von Professor Siavash Mirarab an der Universität von Kalifornien hat einen Algorithmus namens ASTRAL entwickelt, der in der Lage ist, genau und schnell evolutionäre Beziehungen abzuleiten. In der Praxis kann der Algorithmus so viele genomische Daten in sehr kurzer Zeit analysieren und integrieren.
• Rechnerische Leistung. Das Mirarab-Team konnte sich nicht nur den ASTRAL-Algorithmus zunutze machen, sondern auch die Rechenleistung des San Diego Supercomputer Center der Universität von Kalifornien. Auf diese Weise war es möglich, ohne lange Wartezeiten beachtliche Ergebnisse zu erzielen.
• Der neue Stammbaum der Vögel. Wir haben es gesagt: Vögel sind Dinosaurier, die das Aussterben vor 66 Millionen Jahren überlebt haben, aber es war immer schwierig, mit Sicherheit zu verstehen, wie sich ihre Evolution vollzog. Zumindest scheint es so, bis jetzt.

Vogel-Genomforschung schreibt ihre Evolution neu

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Dies ist nicht der erste Versuch. Eine Studie aus dem Jahr 2014 hatte bereits die sehr interessante Hypothese aufgestellt, dass Vögel evolutionär gesehen in zwei verschiedene Gruppen unterteilt werden können. Auf der einen Seite standen die Columbea - Amseln und Flamingos - und auf der anderen Seite die Passerea, alle anderen Vögel. Die Studie wurde an den Genomen von 48 verschiedenen Arten durchgeführt und schien einige evolutionäre Theorien über moderne Vögel zu bestätigen.

Die beiden kürzlich veröffentlichten Studien stellen diese Lesart in Frage, und zwar dank des ASTRAL-Algorithmus und des Rechenzentrums in San Diego. Die Forscher analysierten nämlich die Genome von 363 Vogelarten und fanden einige genetische Anomalien, die die Ergebnisse von 2014 erklären könnten. Unter Berücksichtigung dieser Anomalien ist es nicht möglich, die Evolution der Vögel in die beiden ursprünglichen großen Gruppen aufzuteilen. Im Gegenteil, die Flamingos hätten sich schon früh von den anderen Neoaves unterschieden, die sich dann weiter differenzierten. Wenn also Flamingos und Kolumbiformen auf der Grundlage bestimmter Bereiche ihrer DNA eng miteinander verwandt zu sein scheinen, so sind sie es nach den neuen Studien in den entscheidenden Bereichen nicht.

Von der Vergangenheit in die Zukunft: Warum ist es so schwierig, die Evolution der Vögel zu untersuchen?

Mit einem Wort: Fossilien. Die Fossilisierung von kleinen bis mittelgroßen Lebewesen mit hohlen Knochen ist komplexer als normal, und die normale Fossilisierung ist bereits äußerst komplex. Aus diesem Grund sind für die Untersuchung der Evolution der Vögel Genomstudien erforderlich. Daher sind das B10K-Projekt und Studien wie die kürzlich in PNAS und Nature veröffentlichten wichtig.

Die von Mirarab und seinem Team entdeckten Abschnitte des Genoms, die seit Millionen von Jahren unverändert geblieben sind, haben es ermöglicht, neue Hypothesen über die Evolutionsgeschichte der Vögel aufzustellen und unser Verständnis dieser Tiere zu verbessern. Darüber hinaus haben sie gezeigt, dass die Zukunft der Forschung fortschrittlichen Algorithmen und Rechenzentren gehört, die in der Lage sind, das zu tun, was ein Mensch nicht könnte. Wir stehen erst am Anfang.