Imperatorpingvīns, kas var sasniegt aptuveni 1,2 metru augumu, ir pazīstamākais pingvīnu dzimtas pārstāvis, taču dienvidu puslodē dzīvo vēl 17 pingvīnu sugas. Daudzas no tām apdzīvo nomaļas salas, kuras zinātniekiem ir grūti sasniegt un izpētīt.

Šāda izolācija, visticamāk, palīdzējusi ilgstoši nepamanīt veselu gentu pingvīnu sugu. Šie putni dzīvo Kergelēna salās jeb tā dēvētajās Desolācijas salās, kas atrodas gandrīz 2000 jūdžu attālumā no jebkuras pastāvīgi apdzīvotas sauszemes. Čīles un Kalifornijas Universitātes Bērklijā pētnieku vadīta starptautiska komanda populāciju atzinusi par atsevišķu sugu. Tas ir pirmais jaunās pingvīnu sugas apraksts vairāk nekā 100 gadu laikā. Pētījums publicēts žurnālā Communications Biology.

Ģenētiskie dati liecina, ka gentu pingvīni, kurus iepriekš uzskatīja par vienu plaši izplatītu sugu, patiesībā veido četras atšķirīgas sugas. Viena no tām iepriekš nebija oficiāli atzīta. Tā ārēji ir ļoti līdzīga citiem gentu pingvīniem — tai ir balts vēders un melna mugura, kas palīdz izvairīties no plēsējiem un medīt okeānā —, tomēr atšķiras ar ķermeņa izmēru, balss izpausmēm un, galvenokārt, ģenētiku. Šādu organismu sauc par kriptisku sugu: tā izskatās ļoti līdzīga radniecīgām sugām, bet ģenētiski ir būtiski atšķirīga.

Pētnieki secinājuši, ka arī trīs gentu populācijas, kuras iepriekš tika klasificētas kā pasugas, ir pietiekami atšķirīgas, lai tās atzītu par pilnvērtīgām sugām. Jaunā dienvidaustrumu gentu pingvīnu suga ieguvusi zinātnisko nosaukumu Pygoscelis kerguelensis. Pārējās trīs sugas ir dienvidu gentu pingvīns (Pygoscelis ellsworthi), austrumu gentu pingvīns (Pygoscelis taeniata) un ziemeļu gentu pingvīns (Pygoscelis papua).

Jaunatklātās sugas nākotne var būt neskaidra. Arī divas no pārējām trim sugām varētu būt apdraudētas, globālajai sasilšanai pārveidojot Antarktikas un subantarktisko reģionu vidi. Dienvidu gentu pingvīns ir vienīgais no četriem, kas dzīvo Antarktīdā, un klimata prognozes liecina, ka pārmaiņas to varētu ietekmēt salīdzinoši maz vai pat paplašināt tā izplatības areālu.

“Antarktīdā, protams, klimata pārmaiņas apdraud citas sugas, nevis gentu pingvīnus,” sacīja viena no pētījuma vadošajām autorēm, ekosistēmu un vides profesore Andrēsa Bello Nacionālajā universitātē Santjago, Čīlē, Juliana Vianna. “Taču subantarktiskajā reģionā gentu pingvīni rada vislielākās bažas.” Šis reģions ietver plaši izkliedētas salas uz ziemeļiem no Antarktīdas, kuras pārvalda vairākas valstis, tostarp Čīle, Dienvidāfrika, Francija, Nīderlande, Austrālija un Jaunzēlande.

“Ir ļoti svarīgi, lai visu iesaistīto valstu dabas aizsardzības iestādes atzītu šo situāciju un veiktu atbilstošus pasākumus, lai glābtu šīs trīs gentu pingvīnu sugas,” piebilda Vianna.

Genomika atrisina ilgstošu klasifikācijas strīdu

Lai atrisinātu ilgstošās domstarpības par gentu pingvīnu klasifikāciju, Vianna sadarbojās ar Kalifornijas Universitātes Bērklijā integratīvās bioloģijas profesoru Rauri Bowie un Santjago Čīles Universitātes profesoru Elie Poulin. Viņi pētījumā apvienoja pingvīnu speciālistus no visas pasaules.

Iepriekš pētnieki bija izvirzījuši pat sešas gentu pingvīnu pasugas, taču vienprātības par to nebija. Jaunais pētījums balstīts uz visa genoma sekvencēm, kas iegūtas no 64 pingvīniem 10 vairošanās kolonijās. Pirmo reizi paraugi aptvēra gandrīz visu gentu pingvīnu ģeogrāfisko izplatības areālu. Komanda salīdzināja arī putnu ārējās un uzvedības pazīmes, tostarp krāsojumu, saucienus, vairošanās laiku, uzturu un barošanās paradumus.

“Droši vien nav citas pingvīnu sugas, par kuras taksonomiju būtu diskutēts vairāk nekā par gentu pingvīnu,” sacīja Bowie, kurš ir kurators Kalifornijas Universitātes Bērklijā Mugurkaulnieku zooloģijas muzejā. “Vairāk nekā 100 gadu ir bijis strīdīgs jautājums par to, cik sugu vai pasugu pastāv. Šis pētījums mēģina uz to atbildēt, izmantojot mūsdienīgas integrētas metodes.”

Kā gentu pingvīni izplatījās dienvidu puslodē

Bowie un Vianna pingvīnu evolūciju un dažādošanos pēta gandrīz desmit gadus. 2019. gadā viņi publicēja pētījumu, kurā secināja, ka pingvīni aptuveni pirms 22 miljoniem gadu radušies Austrālijas un Jaunzēlandes apkārtnē.

Vēlāk imperatorpingvīni un karaliskie pingvīni atdalījās no citām līnijām — imperatorpingvīni saistījās ar Antarktīdu, bet karaliskie pingvīni ar subantarktisko reģionu. Apmēram pirms 12 miljoniem gadu cirkumpolārās straumes izveidošanās palīdzēja citām pingvīnu grupām izplatīties subantarktiskajā reģionā. Tās pakāpeniski kolonizēja nomaļas salas un arhipelāgus, sasniedzot pat Āfriku un Dienvidameriku.

Gentu pingvīniem salīdzinājumā ar daudziem radiniekiem ir būtiska priekšrocība — tie ir pielāgoties spējīgi barības izvēlē. Tā vietā, lai būtu cieši atkarīgi no viena laupījuma veida, tie ēd gandrīz visu, ko spēj noķert zem ūdens. Šī elastība kļūst arvien nozīmīgāka, samazinoties krilu populācijām. Reģionos, kur imperatorpingvīnu un Adēlijas pingvīnu skaits sarūk, gentu pingvīnu skaits, piemēram, Antarktīdas pussalā, pieaug.

Gentu pingvīnu daudzveidīgais uzturs, iespējams, vienlaikus veicinājis arī jauno sugu veidošanos. Tā kā šie putni var baroties ar zivīm, kriliem, kalmāriem un sēpijām, tiem nav nepieciešams doties tālu no vairošanās kolonijām. Tie arī parasti gadu no gada atgriežas tajās pašās ligzdošanas vietās.

Ilgā laika posmā izolētās salu populācijas arvien vairāk pielāgojās vietējiem apstākļiem. Uzvedības un ekoloģiskās atšķirības dabiskās izlases ietekmē pakāpeniski nostiprinājās arī genomā. Pētnieki lēš, ka četras gentu pingvīnu sugas atdalījušās pirms 300 000 līdz 500 000 gadu. Nozīmīga loma bija ģeogrāfiskajai izolācijai un Antarktikas polārajai frontei — robežai Dienvidu okeānā, kur strauji mainās ūdens temperatūra un sāļums un kura var ierobežot jūras dzīvnieku pārvietošanos.

Uz ziemeļiem no polārās frontes, siltākos un sāļākos ūdeņos, dzīvo austrumu līnija Pygoscelis taeniata, kas sastopama Krozetas, Mariona un Makvori salās. Ziemeļu līnija Pygoscelis papua ir ierobežota ar Folklenda jeb Malvinu salām un Martiljo salām Dienvidamerikā. Jaunaprakstītā dienvidaustrumu līnija Pygoscelis kerguelensis dzīvo netālu no polārās frontes; šī salīdzinoši nelielā populācija attīstījusies Kergelēna salā un, visticamāk, arī netālajā Hērda salā. Tālāk uz dienvidiem sastopama skaitliski lielākā līnija Pygoscelis ellsworthi, kas apdzīvo Antarktīdas pussalu, piekrastes Antarktīdu un Dienviddžordžijas salu.

Genomisko analīzi vadīja Čīles Universitātes maģistrantūras students Daly Noll, kurš ir pētījuma pirmais autors. Salīdzinājumā ar iepriekšējiem darbiem pētnieki izpētīja daudz plašāku genoma daļu un analizēja tūkstošiem ģenētisko atšķirību jeb viena nukleotīda polimorfismu (SNP).

Šie dati atklāja, kā katra gentu pingvīnu suga pielāgojusies savai videi. Dienvidu gentu pingvīnam, kas Antarktīdā veiksmīgi izplatās, ir ģenētiskas izmaiņas, kas saistītas ar dzīvi ārkārtīgi aukstos polāros apstākļos. Pētnieki konstatēja vairāk gēnu, kas saistīti ar siltuma ražošanu, tauku un lipīdu uzkrāšanu, kā arī gaismas uztveri. Gaismas uztveres izmaiņas var palīdzēt putniem pārciest krasās sezonālās dienasgaismas izmaiņas un intensīvo gaismas atstarošanos no ledus.

Austrumu gentu pingvīnam savukārt ir vairāk gēnu, kas saistīti ar efektīvu ogļhidrātu vielmaiņu un labākām niršanas spējām. Tie ietver gēnus, kuri iesaistīti skābekļa transportēšanā un izmantošanā, asinsvadu veidošanā, mitohondriju darbībā un plaušu attīstībā. Šo īpašību kopums var ļaut putniem ilgāk palikt zem ūdens, meklējot barību okeānos ar salīdzinoši zemu bioloģisko produktivitāti.

Dienvidamerikas ziemeļu gentu pingvīna genomā savukārt bija vairāk gēnu, kas saistīti ar gremošanu, sirds saraušanos un muskuļu ierosmi. Pētnieki uzskata, ka šīs izmaiņas var palīdzēt nodrošināt ilgstošai barošanai zem ūdens nepieciešamo fizisko slodzi.

Klimata pārmaiņas salu pingvīnus var atstāt izolētus

Komanda ar klimata modeļiem arī aplēsa, kur 2050. gadā varētu saglabāties gentu pingvīniem piemērotas dzīvesvietas. Mērena klimata pārmaiņu scenārija gadījumā salās dzīvojošās subantarktiskās sugas varētu zaudēt piemērotu vidi visās pašreizējās apdzīvotajās salās. Daudzos gadījumos tuvumā nebūtu nevienas salas, kas nodrošinātu atbilstošu aizstājēju.

Antarktīdā dzīvojošajam gentu pingvīnam situācija varētu būt atšķirīga — tā piemērotais areāls, mainoties apstākļiem, prognozēts tālāk kontinenta iekšienē. Vienlaikus sagaidāms, ka imperatorpingvīnu, Adēlijas pingvīnu un bārdaino pingvīnu skaits samazināsies, ledum izzūdot un ietekmējot zem tā augošo krilu populācijas.

Vianna norādīja, ka pingvīnus ārpus Antarktīdas apdraud ne tikai klimata pārmaiņas. Draudus rada arī siltāki okeāni, biotopu iznīcināšana, žurku un suņu plēsīgā ietekme, konkurence ar komerciālo zvejniecību un nejauša nonākšana zvejas tīklos.

“Klimata pārmaiņu ziņā salu sugas ar ļoti nelielām populācijām varētu salīdzināt ar subantarktiskajiem gentu pingvīniem,” viņa sacīja. “Galapagu un citas salu pingvīnu sugas, tā kā tās ir endēmiskas šīm salām, pēc vides pārmaiņām neatradīs vietu, uz kuru pārcelties. Šīs salas ir ļoti izolētas, un šie pingvīni nespēj viegli pielāgoties, lai kolonizētu kādu citu reģionu.”

Bowie uzsvēra, ka pētījumā apkopotā neparasti plašā un daudzveidīgā datu kopa var būt noderīga ne tikai pingvīnu klasifikācijai. Vianna jau pēta pingvīnu genomus, lai atrastu ģenētiskas atšķirības, kas saistītas ar izdzīvošanu pret putnu gripu — slimību, kura pašlaik ietekmē pingvīnu, citu putnu un zīdītāju populācijas visā pasaulē. Pretizturību vai uzņēmību raksturojošu ģenētisko pazīmju noteikšana varētu palīdzēt dabas aizsardzības speciālistiem identificēt populācijas, kurām draud vislielākās briesmas.

“Visa genoma sekvenēšana ir pārveidojusi mūsu spēju ne tikai pētīt pielāgošanos no dažādošanās perspektīvas, bet tai ir arī ļoti būtiska nozīme dabas aizsardzībā,” sacīja Bowie.

Pētījumā bez Bowie un Viannas piedalījās biologi no Austrālijas, Spānijas, Venecuēlas, Dienvidāfrikas, Apvienotās Karalistes, Francijas, Argentīnas, Monako un Brazīlijas. Pētījuma pirmais autors ir Daly Noll no Čīles Universitātes Santjago.