Hvordan fik fuglene vinger? Hvorfor synger sangfuglene så smukt? Og hvordan har fugles gener udviklet sig, fra dengang de var dinosaurer?
Svarene er forskere nu kommet meget tættere på, efter at verdens største sammenlignende genom-sekventeringsundersøgelse på fugle er blevet offentliggjort.
Det er nu derfor muligt at besvare spørgsmålene ved at analysere det enorme genom-datasæt, som netop er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature.
Studiet er en del af det såkaldte B10K-projekt, som kortlægger alle verdens 10.500 fuglearters genetiske arvemateriale.
Det nye studie er det andet ud af fire i B10K projektet og bliver kaldt familie-fasen.
Her har forskere fra København Universitet i samarbejde med flere internationale universiteter kortlagt 363 genomer fra 92,4 procent af alle fugle-familier på kloden for at undersøge de genetiske forskelle og ligheder mellem fuglene.
»Vi blev overrasket over ensartetheden i fuglenes DNA. Alligevel har studiet afsløret, at der forskel på udviklingen af fuglearternes arvemasse.«
»Nogle fugle har tabt adskillige gener, og andre har aktiveret nye gener siden deres oprindelige form for 150 millioner år siden, hvor de udviklede sig fra dinosaurer. Årsagen er blandt andet, at de har skullet tilpasse deres kroppe til at kunne flyve,« forklarer Guojie Zhang, der er professor på Biologisk Institut på Københavns Universitet og en af hovedforfatterne til studiet.
I en seperat artiklen kan du læse mere om, at det nye studie bekræfter fuglenes relation til dinosaurerne.
\ Hvad er et genom?
Et genom er et dyr eller menneskes arvemasse eller samlede kerne-DNA-masse.
Genomet indeholder al genetisk information. Hos mennesker kan genomet for eksempel indeholde informationer om arvelige sygdomme, hårfarve, øjenfarve, personlighed eller intellekt.
Datasættet åbner en ladeport til ny viden
Forskerne er allerede begyndt at analysere datasættet.
Og det er kun fantasien, der sætter grænser for, hvor mange ting det kan bruges til at analysere, fortæller Josefin Stiller, der er postdoc på Biologisk Institut på Københavns Universitet og en af forskerne bag den omfattende genkortlægning.
»Med genom-datasættet åbner vi døren for at generere helt ny viden om geners udvikling, som derefter kan udforskes i langt større detaljer, end hvad vi har kunnet gøre endnu,« siger hun.
Men forskerne er alligevel kommet med et par eksempler på, hvad datasættet kan bruges til at analysere.
Ud fra det massive datasæt i studiet kan forskerne se, at fuglenes gener har udviklet sig på mange interessante måder gennem tiden.
Nogle fuglegrupper har fået flere gener, mens andre grupper har tabt adskillige gener siden deres oprindelige form for 150 millioner år siden, hvor de udviklede sig fra dinosaurer.
Tab af gen gav sangfuglen en smukkere stemme
Eksempelvis sangfuglen, som er en del af en ekstrem forskelligartet gruppe af fugle med over 6.000 arter.
Ifølge studiet har sangfuglene nemlig tabt et gen kaldet cornulin, som kontrollerer, hvor elastisk deres spiserør er, og som derved påvirker deres evne til at synge.
Tabet af cornulin-genet har gjort deres spiserør mere fleksibelt, hvilket bevirker, at sangfuglene kan bruge spiserøret og munden som et akustisk filter. På den måde har de udvidet deres toneregister og kan synge rene toner på flere frekvenser.
»Tabet af genet i sangfuglene har gjort, at de kan producere alle de her smukke toner på en bedre måde, fordi de har et mere fleksibelt spiserør. Så fuglene bruger ikke bare deres spiserør til at indtage føde, men også som et akustisk filter til at forstærke lyde. Det er et fantastisk eksempel. For det er faktisk et tab af et gen, som har ført til, at nogle fugle har udvidet deres toneregister og kan synge rene toner på flere frekvenser,« siger Josefin Stiller.
Cornulin-genet er bevaret i langt de fleste fugle samt krybdyr og pattedyr – herunder mennesker.
Fuglenes evne til at synge er kun ét eksempel på, hvad forskernes genanalyse kan bruges til.
\ Sådan gjorde forskerne
Forskerne bag B10K har indsamlet vævsprøver fra fugle via en række museer, blandt andre Det Naturhistoriske Museum i Danmark, The Smithsonian National Museum of Natural History og Louisiana State University Museum of Natural Science i USA.
I forbindelse med studiet har forskerne udviklet en ny metode til at kortlægge fuglenes genetiske arvemateriale, hvor man ikke behøver en bestemt fugleart som reference.
I stedet sammenligner de alle arterne med hinanden. Genmaterialet fra vævsprøverne er blevet analyseret ved hjælp af computermodeller, der sammenligner millioner af data fra DNA.
»På den måde kan vi finde frem til genetiske forskelle og ligheder i fuglenes gener på tværs af fuglefamilierne,« siger Guojie Zhang.
Den nye metode har gjort det muligt for forskerne at afsløre nye dele af fuglenes evolution.
Frigivet til hele verdens forskere
Studiet har fundet kæmpe store mængder af fuglenes genom, som har en biologisk funktion.
Men forskerne har endnu ikke analyseret, hvad det er for en funktion. De kan se, at de må have én, for hvis ikke det havde en funktion, så ville det ikke være bevaret på tværs af så mange arter.
Det er et af de spørgsmål, hele forskningsverden nu kan kigge nærmere på.
For med udgivelsen af studiet i Nature gør B10K-forskerne nu det enorme datasæt tilgængeligt for hele verdens forskere, som ønsker at arbejde videre med det.
»Genmaterialet kan bruges til at rekonstruere de evolutionære og genetiske forskelle mellem fugle. Jeg håber, at vores data om fuglenes genetik kan hjælpe til at bevare fuglearter. For svaret findes i genomerne,« siger Josefin Stiller.
Håbet er også, at langt flere forskere vil bevæge sig ned i materialet og give nye perspektiver på evolutionære processer på tværs af fuglearterne.
Kollega glæder sig til at udforske dataen
Professor Mikkel Heide Schierup fra Center for Bioinformatik ved Aarhus Universitet er en af de forskere, som vil gøre brug af det nye datasæt.
»I vores gruppe interesserer vi os for eksempel for kønskromosomer, og her kan man ved at sammenstille mange arter teste hypoteser om deres udvikling. Det giver datasættet os mulighed for at se på,« siger han.
At det nye studie har frigivet det store datasæt har sparet andre forskere, som vil arbejde videre med det, både tid og penge. Og det er meget positivt, siger Mikkel Heide Schierup.
»De er tidligt ude og frigive deres data på en måde, som gør det let for hele den videnskabelige verden at arbejde med det. Der er en stor interesse for fugle, så det er meget flot, at de frigiver så meget data til hele den videnskabelige verden uden nogen begrænsninger for, at alle kan bruge det, selvom de også selv vil analysere deres data meget mere,« siger han og fortsætter:
»Jo før data kommer ud, jo mere nytte vil det gøre. Det vil betyde en del for, hvor stor en indflydelse det får for forskningen. Der er rigtigt meget, man kan undersøge med denne data, så det er ikke særligt sandsynligt, at der er nogle, der ender med at undersøge præcis det samme.«
Gen-projektet, B10K, er ledet af Københavns Universitet i samarbejde med China National Genebank, The Smithsonian Natural Museum, Rockefeller University og The Chinese Academy of Sciences.
I den næste fase, den tredje, skal genomer fra 2.250 fuglearter sekvenseres, og i den fjerde fase skal alle de resterende 10.000 fuglearters genomer kortlægges.
