1. Úvod
Jedním z nejtvrdších oříšků, jaké ve fylogenezi obratlovců najdeme, jsou příbuzenské vztahy mezi ptáky z kladu Neoaves. Z žijících ptáků sem nespadají pouze hrabaví s vrubozobými (Galloanserae) a "běžci" včetně tinam (Palaeognathae), a soustředí se zde tedy hodně přes 90% celkové ptačí diverzity. Vnitřní vztahy skupiny systematiky matou už od poloviny 19. století – a nutno dodat, že natolik úspěšně, že někteří z nich dospěli k závěru, že žádný další pokrok není možný. "Science ends where comparative morphology, comparative physiology, comparative ethology have failed us after nearly 200 years of effort. The rest is silence", napsal sugestivně Stresemann (1959). Poe & Chubb (2004) tento pohled formalizovali, když navrhli, že by báze Neoaves mohla být "tvrdou polytomií" – výsledkem evoluční radiace tak rychlé, že v celém genomu není dost dat na to, abychom byli schopni pořadí odštěpování větví přesně zrekonstruovat. Naštěstí pro systematické ornitology se zdá, že tomu tak není: stromy nezávislých genů se shodují víc, než by dokázala způsobit pouhá náhoda (Chojnowski et al. 2008), a kongruentní výsledky dosavadních fylogenomických rozborů (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Suh et al. 2011; Wang et al. 2011) také naznačují, že fylogenezi neoavianů nakonec přece jen odkrýt půjde – jen k tomu zkrátka bude potřeba opravdu hodně genů. Poe a Chubb však přesto měli v něčem pravdu: neschopnost tradiční systematiky dosáhnout jakékoli dobře podložené shody ohledně vzájemných vztahů mezi jednotlivými liniemi Neoaves, nad kterou si tak zoufal Stresemann, není jen pouhá smůla, nýbrž náznak, že v jejich evoluci došlo k čemusi anomálnímu.
Dnes víme, že neoaviani prošli rapidní, explozivní diverzifikací, při níž během geologicky krátkého času (10 až 20 milionů let) vznikly všechny dnešní "řády" a většina "čeledí". Krom nepřímého důkazu zmíněného výše – tj. faktu, že se zde špatně odkrývají příbuzenské vztahy, což je pro rychlé radiace typické – o tom svědčí i extrémně krátké vnitřní větve (internodes) v příslušných místech fylogenetických stromů (Chojnowski et al. 2008; Hackett et al. 2008) a konfliktní výskyt vzácných genomových změn (RCGs), jako jsou např. retropozonové inzerce, k nimž jen velmi zřídka dochází dvakrát přesně tím samým způsobem. Vidíme-li, že různé retropozony podporují vzájemně se vylučující uskupení, je pravděpodobné, že spíš než o běžnou homoplazii jde o důsledek opakovaných speciací odehrávajících se v tak rychlém sledu, že se ancestrální polymorfizmy nestačily zafixovat a historie jednotlivých genů se odpojily od historie populace, jejichž genofondu byly součástí – což je jev podstatou poněkud odlišný, nazývaný hemiplazie (Avise & Robinson 2008). U ptáků ho skutečně pozorujeme právě u báze Neoaves (Suh et al. 2011; Matzke et al. 2012).
Je trochu nefér, jak málo pozornosti se na Neoaves soustředí ve srovnání s placentálními savci. Mezi těmi je nerozřešených uzlů daleko méně – problematická je vlastně jen báze kladu, vnitřní fylogeneze laurasiatérií a možná ještě pozice tan – a přesto se na ně soustředí daleko větší a sofistikovanější analýzy než na ptáky. Song et al. (2012) nedávno publikovali v PNAS studii zkoumající vztahy 33 placentálů pomocí 1 385 220 párů bází z 447 jaderných genů. Pro srovnání: největší ptačí fylogenomická studie, Hackett et al. (2008), nashromáždila 31 951 párů bází z 19 jaderných lokusů. Nestihla už navíc využít moderních metod pro odhadování druhových stromů, které jsou schopny vzít v úvahu rozpory mezi stromy jednotlivých genů. I přesto však její publikace znamenala ohromný úspěch. Posunout nás zase o kousek dál a srovnat neférový náskok savců před ptáky slibují McCormack et al. (2012) v nové studii. Ta je připravována k publikaci v žurnálu Systematic Biology, už nyní si ji ale kdokoli může přečíst díky webu arXiv. [Editace z 27.12.2012: Zdá se, že Systematic Biology studii z nějakého důvodu odmítla, protože web Johna McCormacka, vedoucího autora nové studie, nyní uvádí jako definitivní místo publikace open-access žurnál PLoS ONE.]
Jedním z nejtvrdších oříšků, jaké ve fylogenezi obratlovců najdeme, jsou příbuzenské vztahy mezi ptáky z kladu Neoaves. Z žijících ptáků sem nespadají pouze hrabaví s vrubozobými (Galloanserae) a "běžci" včetně tinam (Palaeognathae), a soustředí se zde tedy hodně přes 90% celkové ptačí diverzity. Vnitřní vztahy skupiny systematiky matou už od poloviny 19. století – a nutno dodat, že natolik úspěšně, že někteří z nich dospěli k závěru, že žádný další pokrok není možný. "Science ends where comparative morphology, comparative physiology, comparative ethology have failed us after nearly 200 years of effort. The rest is silence", napsal sugestivně Stresemann (1959). Poe & Chubb (2004) tento pohled formalizovali, když navrhli, že by báze Neoaves mohla být "tvrdou polytomií" – výsledkem evoluční radiace tak rychlé, že v celém genomu není dost dat na to, abychom byli schopni pořadí odštěpování větví přesně zrekonstruovat. Naštěstí pro systematické ornitology se zdá, že tomu tak není: stromy nezávislých genů se shodují víc, než by dokázala způsobit pouhá náhoda (Chojnowski et al. 2008), a kongruentní výsledky dosavadních fylogenomických rozborů (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Suh et al. 2011; Wang et al. 2011) také naznačují, že fylogenezi neoavianů nakonec přece jen odkrýt půjde – jen k tomu zkrátka bude potřeba opravdu hodně genů. Poe a Chubb však přesto měli v něčem pravdu: neschopnost tradiční systematiky dosáhnout jakékoli dobře podložené shody ohledně vzájemných vztahů mezi jednotlivými liniemi Neoaves, nad kterou si tak zoufal Stresemann, není jen pouhá smůla, nýbrž náznak, že v jejich evoluci došlo k čemusi anomálnímu.
Dnes víme, že neoaviani prošli rapidní, explozivní diverzifikací, při níž během geologicky krátkého času (10 až 20 milionů let) vznikly všechny dnešní "řády" a většina "čeledí". Krom nepřímého důkazu zmíněného výše – tj. faktu, že se zde špatně odkrývají příbuzenské vztahy, což je pro rychlé radiace typické – o tom svědčí i extrémně krátké vnitřní větve (internodes) v příslušných místech fylogenetických stromů (Chojnowski et al. 2008; Hackett et al. 2008) a konfliktní výskyt vzácných genomových změn (RCGs), jako jsou např. retropozonové inzerce, k nimž jen velmi zřídka dochází dvakrát přesně tím samým způsobem. Vidíme-li, že různé retropozony podporují vzájemně se vylučující uskupení, je pravděpodobné, že spíš než o běžnou homoplazii jde o důsledek opakovaných speciací odehrávajících se v tak rychlém sledu, že se ancestrální polymorfizmy nestačily zafixovat a historie jednotlivých genů se odpojily od historie populace, jejichž genofondu byly součástí – což je jev podstatou poněkud odlišný, nazývaný hemiplazie (Avise & Robinson 2008). U ptáků ho skutečně pozorujeme právě u báze Neoaves (Suh et al. 2011; Matzke et al. 2012).
Je trochu nefér, jak málo pozornosti se na Neoaves soustředí ve srovnání s placentálními savci. Mezi těmi je nerozřešených uzlů daleko méně – problematická je vlastně jen báze kladu, vnitřní fylogeneze laurasiatérií a možná ještě pozice tan – a přesto se na ně soustředí daleko větší a sofistikovanější analýzy než na ptáky. Song et al. (2012) nedávno publikovali v PNAS studii zkoumající vztahy 33 placentálů pomocí 1 385 220 párů bází z 447 jaderných genů. Pro srovnání: největší ptačí fylogenomická studie, Hackett et al. (2008), nashromáždila 31 951 párů bází z 19 jaderných lokusů. Nestihla už navíc využít moderních metod pro odhadování druhových stromů, které jsou schopny vzít v úvahu rozpory mezi stromy jednotlivých genů. I přesto však její publikace znamenala ohromný úspěch. Posunout nás zase o kousek dál a srovnat neférový náskok savců před ptáky slibují McCormack et al. (2012) v nové studii. Ta je připravována k publikaci v žurnálu Systematic Biology, už nyní si ji ale kdokoli může přečíst díky webu arXiv. [Editace z 27.12.2012: Zdá se, že Systematic Biology studii z nějakého důvodu odmítla, protože web Johna McCormacka, vedoucího autora nové studie, nyní uvádí jako definitivní místo publikace open-access žurnál PLoS ONE.]
Ohromující diverzita Neoaves, nejrozmanitější podskupiny dinosaurů. Čísla odkazují na pozici daných ptáků ve fylogenetických stromech přetištěných níže. (1) pita páskovaná (Pitta guajana); (2) vdovka černobílá (Vidua macroura); (3) alexandr růžový (Psittacula alexandri); (4) sokolec lesní (Micrastur semitorquatus); (5) myšák jihoafrický (Urocolius indicus); (6) vousák velký (Megalaima virens); (7) datel rudohrdlý (Sphyrapicus varius); (8) dudkovec křivozobý (Rhinopomastus cyanomelas); (9) momot černolící (Momotus momota); (10) trogon škraboškový (Trogon personatus); (11) sova pálená (Tyto alba); (12) luňák drobný (Gampsonyx swainsonii); (13) kondor krocanovitý (Cathartes aura); (14) kormorán velký (Phalacrocorax carbo); (15) kladivouš africký (Scopus umbretta); (16) člunozobec africký (Balaeniceps rex); (17) tučňák nejmenší (Eudyptula minor); (18) buřňáček Wilsonův (Oceanites oceanicus); (19) potáplice lední (Gavia immer); (20) potu velký (Nyctibius grandis); (21) kolibřík modrolící (Colibri coruscans); (22) faeton červenoocasý (Phaethon rubicauda); (23) slunatec nádherný (Eurypyga helias); (24) hoacin chocholatý (Opisthocomus hoazin); (25) drop kori (Ardeotis kori); (26) turako červenokorunkatý (Tauraco erythrolophus); (27) holub papouščí (Treron vernans); (28) stepokur hnědobřichý (Pterocles exustus); (29) plameňák chilský (Phoenicopterus chilensis); (30) potápka žlutorohá (Podiceps auritus); (31) štěrkovníček andský (Phegornis mitchelli); (32) trubač agami (Psophia crepitans). (Zdroj: McCormack et al. 2012: Figure 1)
2. Ultrakonzervované elementy: pokořitelé neoavianní radiace?
Tým autorů, který za novou studií stojí, nám už tento rok přinesl další podporu pro archosauromorfní želvy (Crawford et al. 2012) a nové molekulární markery schopné rozřešit fylogenetické vztahy různé hloubky, odzkoušené rovněž mj. na ptácích (Faircloth et al. 2012). Jeho specialitou jsou ultrakonzervované genomické elementy (UCEs), což jsou – navzdory názvu, který může vzbuzovat dojem, že je zase řeč o nějaké "molekulární morfologii" typu retropozonů – vlastně docela obyčejná sekvenční data z vysoce zakonzervovaných úseků jaderné DNA. Podle McCormacka a spol. v sobě UCEs spojují nejlepší vlastnosti sekvenčních dat a vzácných genomových změn. Na sekvence většinou klademe zcela protichůdné požadavky: musí se vyvíjet dost rychle na to, aby stihly akumulovat dostatek mutací i na velmi krátkých vnitřních větvích charakteristických pro rychlé radiace, na druhou stranu ale nechceme, aby nám fylogenetický signál smazaly "multiple hits", tj. opakované substituce na jedné pozici. Mitochondriální DNA se vyhýbá prvnímu problému, jen aby přímo po hlavě spadla do toho druhého. Retropozony obchází oba dva, ale nejsou imunní vůči některým dalším, jako je třeba výše zmíněná hemiplazie. Navíc retropozonové rozbory musejí být cíleny na určitou posloupnost uzlů: Suh et al. (2011) i Matzke et al. (2012) např. vycházeli z jaderného genomu zebřičky pestré (Taeniopygia guttata) a skutečně dokázali velmi slušně zrekonstruovat, jak blízko mají k zebřičce různí další neoaviani – ale nic víc. Nemůžeme čekat, že s pěvčími retropozony dokážeme rozřešit dejme tomu vzájemný vztah kukaček a turaků. Tuto překážku snad půjde obejít s novými postupy pro získávání retropozonů z genomů nonmodelových ptáků (Suh et al. 2012), zatím zde však pořád je.
Na ultrakonzervovaných elementech je naproti tomu příjemné, že variabilita v jejich sekvenci roste se vzdáleností od jádra, díky čemuž je lze použít pro rekonstrukci příbuzenských vztahů na několika různých časových škálách (Faircloth et al. 2012). Jádra UCEs se díky pomalému tempu molekulární evoluce snadno zarovnávají i napříč velice divergentními genomy (Siepel et al. 2005; Crawford et al. 2012), ale fylogenetický signál budeme hledat spíše v sekvencích, která tato jádra lemují. Díky této vlastnosti představují ideální kompromis mezi rychlou evolucí a saturací. Navíc se v genomech nalézají v hojném počtu, což taky není zanedbatelný faktor: třeba Suh et al. (2011) našli mezi 200 000 retropozony pouze 51 informativních markerů.
McCormack a spol. ale neměli důvod se nějak omezovat a pomocí cíleného sekvenování (target enrichment) a polymerázové řetězové reakce s vysokou propustností (high-throughput PCR) se vyzbrojili hned 1541 ultrakonzervovanými elementy, což je oproti 19 genům Hackett et al. (2008) dost slušný rozdíl. Přestože průměrná délka sekvence na jeden gen byla podstatně menší (350 oproti 1400 párům bází), alignment dosáhl celkové délky (tj. včetně inzercí a delecí) 539 526 bp, což Hackett a spol. překonává skoro sedmnáctkrát. Autoři poukazují na to, že Nabholz et al. (2011) dovedli pomocí přístupu zvaného "shotgun transcriptome sequencing" nashromáždit ještě o něco víc dat (774 279 bp z 1995 genů – přes 10% ptačího jaderného genomu), ale pouze od jedenácti ptáků – pět z nich navíc byli pěvci, takže k velkoškálové fylogenezi Neoaves nám toho jejich dataset mnoho neřekl. Naproti tomu McCormack a spol. osekvenovali 32 neoavianů, mezi nimiž byli zástupci jak všech hlavních linií, tak i drobnějších, na taxony chudých a notoricky problematických větviček – myšáci, faetoni, kaguové se slunatci, turakové, dropi, stepokuři a samozřejmě "the wonderful but always annoying Hoatzin", jak jej výstižně charakterizoval Darren Naish. Jsou to právě tyto skupiny, jejichž pozici dosavadní fylogenomika nedokázala rozřešit. Je jistě pravda, že ani 32 taxonů není v porovnání s předchozími studiemi moc – Hackett et al. (2008) jich měli 169, Livezey & Zusi (2007) 150 – a třeba chybějících mesitů, kukaček, seriem a kurola (Leptosomus) je docela škoda; analýzy méně taxonů a více genů jsou však v dnešní fylogenomice zkrátka standardem. Ti, kteří by přece jen dali přednost hustšímu taxon samplingu, jistě ocení zvěst kolující po Google+, podle níž Walter Jetz a kolegové v práci zaslané do Nature chystají gigantickou fylogenezi všech 9800 ptačích "druhů".*
*Odhadnout počet "druhů" ptáků není snadné, dokonce i když se shodneme na tom, co že to ten "druh" vlastně je. Většina dnešních checklistů se blíží číslu okolo 10 500 (Clements et al. [2012] jich hlásí 10 240), takže Jetz a spol. určitě zahrnout minimálně 90% tohoto počtu. Plná citace chystané publikace zní: Jetz W, Thomas GH, Joy JB, Hartmann K, Mooers AO (in press) The global diversity of birds in space and time.
Kromě hlavního datasetu McCormack et al. (2012) sestavili ještě jeho skromnější verzi, kam se dostaly jen elementy přítomné u všech vzorkovaných ptáků. Tento zkrácený alignment čítal 416 UCEs a 165 163 párů bází. Jako outgroup pro oba datasety vystupuje kuře (Gallus gallus), odvozený zástupce drůbeže (Galloanserae), sesterské skupiny Neoaves. V obou případech autoři odhadli nejlépe sedící model evoluce zvlášť pro každý lokus, lokusy se stejným modelem seskupili do jednoho datového oddílu (kterých bylo celkem dvacet) a podrobili je bayesovské analýze. Zároveň s tím ještě obě matice projeli programem RAxML pro rychlou věrohodnostní analýzu.
Současným trendem je ve fylogenetických studiích založených na molekulárních datech odhadování druhového stromu (species tree estimation) ze stromů jednotlivých genů namísto toho, aby se sekvence ze všech genů prostě naházely na jednu hromadu a počkalo se, jaký strom z ní vyleze. Roli v tom hraje určitě i zjištění, že při rapidních evolučních radiacích se od druhového stromu (tj. toho, který nás zajímá), může odchýlit dokonce i většina genů – jinak řečeno, pokud budeme individuálně analyzovat jeden gen za druhým, strom, který se bude ve výsledcích objevovat nejčastěji, nebude shodný s druhovým stromem (Degnan & Rosenberg 2006). To ovšem znamená, že výše popsaná metoda zřetězení všech sekvencí do jednoho dlouhého datasetu zde bude statisticky nekonzistentní: podá špatný výsledek a jak jí budeme přidávat další data, bude si jím víc a víc jistá. Celkem brzy po tomto znepokojivém objevu naštěstí byly vynalezeny metody, které si s ním dovedou poradit. McCormack s kolektivem využívají konkrétně STAR (Species Trees from Average Ranks of Coalescence; Liu et al. 2009), založený na koalescenční teorii, a pseudo-věrohodnostní MP-EST (Maximum Pseudo-Likelihood Estimate of the Species Tree; Liu et al. 2010).
3. Slovník ptačích kladů
Fylogenomické studie ptáků jsou novinkou posledních letech (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Suh et al. 2011) a jelikož jejich závěry byly v mnoha směrech překvapivé, není divu, že jsou potřeba i nová jména, s nimiž by o nich šlo komunikovat. Přestože je široce uznáváno, že tyto studie jsou spolehlivější než předchozí přístupy (kladistické analýzy morfologických znaků, DNA-DNA hybridizace, rozbory jednotlivých genů), řada autorů se cítí nesvá při pojmenovávání skupin, které zatím vylezly jen ze dvou nebo tří analýz a o nichž ještě před deseti lety nikdo neměl ani tušení. Proto se první názvy pro nová uskupení začaly objevovat teprve nedávno a některé z nich jsou tak nové, že ještě ani nebyly použity v jiných studiích než v té, která je vztyčila – téměř nikdo je ještě nezná. Protože se mi ale zdají velice užitečné a budu je v článku používat, napadlo mě, že by mohl přijít vhod malý slovník:
Aequornithes. Skupina zahrnující potáplice (Gaviiformes); trubkonosé (Procellariiformes); tučňáky (Sphenisciformes); čápy (Ciconiidae); volavky a ibisy (Ardeiformes); pelikány, člunozobce a kladivouše (Pelecaniformes v novém smyslu slova); fregatky, kormorány, tereje a anhingy (Suliformes). Jméno zavedl Mayr (2011a). Synonyma: "waterbird assemblage", "waterbirds".
Afroaves. Jedna ze dvou velkých větví "pozemních ptáků". Zahrnuje šplhavce (Piciformes); ledňáčky, momoty a todie (Alcediniformes); mandelíkovité a kurolcovité (Coracioidea); vlhovité (Meropidae); dudky, dudkovce a zoborožce (Bucerotes); trogony (Trogonidae); kurola (Leptosomus); sovy (Strigiformes); jestřábovité, orlovce a hadilova (Accipitriformes); kondory (Cathartidae) a snad i myšáky (Coliiformes). Jméno zavedl Ericson (2012).
Australaves. Druhá z velkých linií pozemních ptáků. Zahrnuje pěvce (Passeriformes), papoušky (Psittaciformes), sokoly (Falconidae) a seriemy plus jejich vymřelé příbuzné (Cariamae). Jméno zavedl Ericson (2012) v bizarním tvaru "Australavis" – nejde o překlep, jelikož se v textu vyskytuje opakovaně, a jméno sesterské skupiny (Afroaves) ukazuje, že autor plurál vytvořit umí. Já budu používat tvar Australaves.
Eufalconimorphae. Skupina zahrnující pěvce (Passeriformes), papoušky (Psittaciformes) a sokoly (Falconidae). Jméno zavedli Suh et al. (2011).
Pelecanae. Skupina zahrnující Aequornithes (viz výše); jeřáby, kurlany, trubače a chřástaly včetně chřástalců ("core Gruiformes"); kukačky (Cuculidae); turaky (Musophagidae); dropy (Otididae) a možná i hoacina (Opisthocomus). Jméno je neformální a nepochází z žádné studie (a pokud vím, ani nebylo v žádné použito); pro účely svého webového checklistu Aves—A Taxonomy in Flux si jej vymyslel John Boyd. Pro diskuzi o dané hypotéze je však daleko vhodnější než sáhodlouhý opis "vodní a semiakvatičtí ptáci".
Picocoraciae. Tato skupina v sobě kombinuje šplhavce (Piciformes) a "srostloprsté" ("Coraciiformes"), kteří se ovšem ukázali být vůči šplhavcům parafyletičtí a rozpadli se do skupin popsaných u jména Afroaves. Jméno zavedl Mayr (2011a).
Psittacopasserae. Skupina zahrnující pěvce (Passeriformes) a papoušky (Psittaciformes). Jméno zavedli Suh et al. (2011). Synonyma: "Cantiomimus" sensu Ericson (2012).
4. Vodní ptáci
První dobrou zprávou je, že UCEs jednoznačně podporují klady vodních ptáků (Aequornithes) a pozemních ptáků (Afroaves + Australaves). Odhalení těchto skupin prvními fylogenomickými studiemi (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008) je široce uznáváno jako jejich největší úspěch a bez velké nadsázky lze říct, že jde o první významný pokrok v rozkrývání fylogeneze Neoaves po více než 150 letech. Morfologie sice naťukla možnost existence velmi podobných skupin; těm však vždy buď něco chybělo, nebo přebývalo. Není bez zajímavosti, že pro Aequornithes se podařilo identifikovat morfologickou synapomorfii právě až poté, co toto seskupení vzešlo z molekulárních analýz: jsou jí oddělené, silně zrohovatělé "narikorny", což jsou součásti rohovitého pokryvu zobáku (ramfotéky) v oblasti nozder, po nichž dostali své jméno trubkonosí (Hieronymus & Witmer 2010; Mayr 2011a).
Monofylie Aequornithes je tedy celkem dobře potvrzená a ultrakonzervované elementy to potvrzují; jak jsou ale na tom fylogenetické vztahy v rámci této skupiny? Dosavadní studie jaderných sekvencí (Hackett et al. 2008) i retropozonů (Watanabe et al. 2006) ukázaly, že sesterskou skupinou zbytku Aequornithes jsou potáplice, což opět podporuje i stavba ramfotéky: krom čápovitých (Ciconiidae) jsou potáplice jedinými zástupci Aequornithes, kterým po stranách zobáku chybí výrazné brázdy za nosními otvory (Mayr 2011a). Ericson (2012) však např. tuto topologii s 5 jadernými geny neodkryl (na jeho stromě se Aequornithes nejprve rozdělili na tučňáky, "brodivé" a "veslonohé" na jedné straně a potáplice plus trubkonosé na straně druhé) a řada morfologů se domnívala, že potáplice by mohly být nejbližšími žijícími příbuznými tučňáků (např. Olson 1985). Je proto jen dobře, že McCormack et al. (2012) poskytli pro bazální divergenci potáplic novou podporu – odkrývají ji všechny jejich stromy včetně těch druhových.
5. Pozemní ptáci: vnitřní fylogeneze
Fylogenomika podporuje dělení pozemních ptáků na Afroaves a Australaves (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Ericson 2012 – poslední studie je jen věrohodnostní re-analýzou té první). Zajímavou modifikaci tohoto dělení však navrhly retropozonové analýzy (Suh et al. 2011; Matzke et al. 2012), které přesunuly myšáky na sesterskou pozici ke všem zbývajícím pozemním ptákům. Tento zbytek se pak může dál znovu dělit na afroaviany a australaviany – to už nám retropozony, schopné vlastně jen měřit fylogenetickou vzdálenost od zebřičky, nesdělily. Pozice myšáků je ale problémem dosti zapeklitým. Svalstvo zadních končetin (McKitrick 1991), hlavně pak odvozené znaky šlach hlubokých ohybačů prstů (Berman & Raikow 1982), podporují sesterský vztah myšáků a papoušků, který rovněž vzešel z analýzy jaderného genu ZENK (Chubb 2004). Především retropozony ale velice silně podporují zařazení papoušků do kladů Psittacopasserae (5 nezávislých inzercí) a Eufalconimorphae (7 inzercí), do nichž myšáci nespadají. Tuto hypotézu tedy musíme zamítnout, ale pak narážíme na nedostatek přesvědčivých alternativ. Klad (myšáci + sovy), který odkryli Hackett et al. (2008), nebyl robustní vůči bootstrapu a z žádné další analýzy se už nevynořil. Zcela beznadějným shledali určování pozice myšáků Wang et al. (2011) s 30 jadernými geny; jejich výsledky lze v podstatě shrnout jako "anything goes", a to včetně sesterského vztahu s papoušky, Psittacopasserae, Eufalconimorphae nebo Australaves.
Menší z obou datasetů McCormacka a spol. podporuje sesterský vztah myšáků a skupiny Picocoraciae, a to překvapivě robustně: svazek byl přítomen na bayesovském stromě (s posteriorní pravděpodobností víc než 0,95) i věrohodnostním fylogramu (bootstrap nad 70%). Tento výsledek se dobře shoduje s pětigenovou analýzou Ericsona (2012), která myšáky odhalila vedle kladu složeného z Picocoraciae a trogonů – McCormack a spol. trogony z 416-lokusového datasetu museli vynechat kvůli problémům se sekvenováním. Tentýž vztah jako Ericson odhalili i Wang et al. (2011) ve třech ze čtyř analýz, do nichž myšáky zahrnuli. Ani Hackett a spol. neměli k této hypotéze zas tak daleko: zmiňovaný klad (sovy + myšáci) byl na jejich stromě sesterský opět k uskupení sestávajícímu z pikokoracianů, trogonů a kurola (Leptosomus) – stačilo by tedy, aby myšáci přeskočili na vedlejší větev. Klad složený z myšáků, trogonů, kurola, "srostloprstých" (včetně kurola) a šplhavců morfologicky podpořili i Livezey & Zusi (2007); těm sem však spadli i pěvci, kteří téměř jistě patří úplně jinam. Pokud bychom chtěli blízký vztah myšáků a pikokoracianů přijmout, musíme se smířit s chybějící podporou ze strany retropozonů. Studie Suha a spol. (2011) i Matzkeho a spol. (2012) nalezly každá 2 inzerce podporující ranou divergenci myšáků od všech ostatních pozemních ptáků, což je přesně pod mezí statistické významnosti (3 a víc bezkonfliktních inzercí) – když ale budeme retropozony sčítat napříč datasety, výsledná čtyřka už ji přesáhne. Uklidnit nás ale může jak robustní podpora ze strany McCormacka a spol., tak i fakt, že zařazení myšáků do Afroaves (spíše než jejich odštěpení ještě před divergencí Afroaves/Australaves) podpořili s UCEs i Faircloth et al. (2012), kteří ovšem kromě myšáka samplovali z pozemních ptáků už jen vousáka (pikokoraciana) a jednoho pěvce.
Proto působí trochu jako studená sprcha, když zjistíme, že v rozšířené datové matici o 1541 UCEs myšáci zase přeskočili jinam, totiž na bázi Australaves – absence seriem v datové matici neumožňuje určit, zda jde o sesterský vztah k Eufalconimorphae, nebo ke kladu (Eufalconimorphae + Cariamae). Druhou z těchto možností velmi slabě (bootstrap pod 50%) podpořily dvě z mnoha dílčích analýz Wanga a spol. (2011), ale to je všechno. Ještě znepokojivější je, že McCormack et al. (2012) preferují právě výsledky rozsáhlejšího datasetu, ačkoli uznávají, že "a few results from the 416 locus tree [...] seemed particularly well supported or interesting". Věrohodnostní strom odhadnutý z 416-genové datové matice byl totiž daleko méně rozřešený a podstatně méně se shodoval se stromem bayesovským: pouze 50% uzlů s vysokou posteriorní pravděpodobností (0,95 a víc) mělo také vysokou bootstrapovou podporu (75% a víc) na věrohodnostním stromě, zatímco u většího a méně kompletního datasetu to bylo 65%. U menšího datasetu se bayesovský a věrohodnostní strom neshodovaly ve 12 z 28 uzlů, u většího datasetu jen ve 4 z 31 uzlů. Nemůžu si pomoct, ale v případě myšáků věřím menšímu datasetu víc: pokud použijeme předchozí studie jako priorní informaci, dává prostě pravděpodobnější výsledek.
Totéž už bych se neodvážil říct o dalším konfliktu mezi menším a větším datasetem, který se týká příbuzenských vztahů v rámci Picocoraciae. Dosavadní analýzy (Hackett et al. 2008; Ericson 2012) vyhazovaly coby sesterskou skupinu ke zbytku tohoto uskupení klad Bucerotes, složený jednak ze zoborožců a pozemních zoborožců (Bucerotiformes), jednak z dudků (Upupidae) a dudkovců (Phoeniculus). 416-genový dataset McCormacka a spol. to vidí stejně, ale jeho rozšířená verze už ne: podle ní mají dudkovci blíž ke šplhavcům než momoti. Zajímavé je, že sesterský vztah šplhavců a Bucerotes podporuje i morfologie: Mayr (2005a) jej odkryl sice bez bootstrapové podpory, zato však s poměrně působivým počtem podpůrných znaků. Ty zahrnují např. proximální prstní článek velkého (II.) prstu křídla s redukovaným zadním okrajem a háčkovitě tvarovaným distálním koncem nebo kompletně redukované větší spodní křídelní krovky (Manegold 2005). Je klidně možné, že morfologie v tomto případě vyhrála nad fylogenomikou: podpora pro bazální divergenci Bucerotes v Hackett et al. (2008) byla sice silná (bootstrap 98%), ale to podpora pro klad (šplhavci + Bucerotes) u McCormacka a spol. také. Naopak klad (momoti + šplhavci) odhalený 416-lokusovým datasetem a kompatibilní s Hackett a spol. měl bootstrap pod 70%.
Příjemná je naopak shoda s dřívějšími studiemi, pokud jde o příbuzenské vztahy v rámci Afroaves. Ericson et al. (2006) je nebyli schopni rozřešit, ale Hackett et al. (2008) a Ericson (2012) se dokázali shodnout aspoň na tom, že denní dravci bez sokolů (Accipitriformes) stojí mimo klad zahrnující sovy na jedné straně a trogony s pikokoraciany na straně druhé. (Obě studie se naopak neshodly na tom, kde v rámci Afroaves stojí kondoři, myšáci a madagaskarský kurol.) Podpora pro tuto topologii však byla mimořádně slabá, takže ani ještě nedávná revize pokroků v ptačí fylogenetice (Mayr 2011a) se o ní nenamáhala diskutovat a dokonce i sám John Harshman, spoluautor Hackett et al. (2008), v tři roky starém komentáři na Tetrapod Zoology o Afroaves napsal., že "[t]he evidence for the existence of such a group is exceedingly weak" – spekulovat pak o její vnitřní fylogenezi už by nemělo vůbec žádnou cenu. McCormack et al. (2012) však jestřáby a spol. coby sesterskou skupinu sov, trogonů a pikokoracianů odkrývají znovu, a přestože podpora opět není silná (posteriorní pravděpodobnost více než 0,95, ale bootstrap pod 70%), shoda mezi třemi nezávislými datasety už se zdá být dobrým důvodem, proč tuto hypotézu brát vážně.
Konečně posledním výsledkem McCormacka a spol. v rámci pozemních ptáků, který stojí za zmínku, je pozice jestřábů. Autoři považují za důležité zdůraznit, že ultrakonzervované elementy silně podporují hypotézu polyfyletických "denních dravců" ("Falconiformes"), podle které nemají sokoli (Falconidae) se zbytkem skupiny (jestřábovití, orlovec, hadilov) nic společného. To nás už ale stěží překvapí: totéž vykryly už jednogenové rozbory z nultých let (Cracraft et al. 2004; Fain & Houde 2004) a dokonce i pravěké studie krátkých úseků mitochondriálního cytochromu b (Wink et al. 1998). Fylogenomika (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Wang et al. 2011) a zvláště pak retropozony (Suh et al. 2011) potom s robustní podporou ukázaly, kam vlastně sokolové patří: vedle skupiny tvořené pěvci a papoušky. Jak připomíná Darren Naish, můžeme to dokonce podložit několika morfologickými synapomorfiemi, jako je dráp na palci u nohy větší oproti ostatním prstům nebo čepovec, kterému chybí processus costalis axis (tedy rudiment krčního žebra) a foramina transversaria (otvůrky po obou stranách obratle, protáhlé do podoby jakéhosi kanálku, kterým probíhají vertebrální tepna a doprovodné žíly – Baumel & Witmer 1993). Zdánlivě neintuitivní hypotéze nahrává i skutečnost, že první papoušci byli dravci: fosilní Messelastur, jeden z nejbazálnějších papoušků vůbec (Mayr 2011b), byl dokonce zprvu spojován se sovami a sokoly (Mayr 2005b). Samotné odkrytí polyfylie dravců proto zas tak nepřekvapí, i když je určitě příjemné vidět ji potvrzenou dalším datasetem. Zajímavější je ale to, že obě datové matice McCormacka a kolektivu (s 416 i 1541 UCEs) silně podporují sesterský vztah kondorů a jestřábů, který Hackett et al. (2008) dokázali podložit jen velmi slabě (bootstrap 61%) a Ericson (2012) vůbec (na jeho stromě měli jestřábi blíž k sovám a pikokoracianům, zatímco kondoři stáli zcela u báze Afroaves). Je proto hezké vidět aspoň tuto menší kontroverzi rozřešenou.
6. Pozice pozemních ptáků
Najít sesterskou skupinu k celému kladu pozemních ptáků (Australaves + Afroaves) není jednoduché; blížíme se zde k prvním neoavianním divergencím vůbec. Ericson et al. (2006) nedokázali určit, zda mají pozemní ptáci blíž k dlouhokřídlým (Charadriiformes), nebo k vodním ptákům (Aequornithes); Hackett et al. (2008) ovšem podpořili sesterský vztah k první z těchto skupin. Ač poměrně robustní (bootstrap 81%), tento výsledek stál na jediném lokusu, totiž neoblíbeném 7. intronu β-fibrinogenu, všeobecně podezřívaném z fylogenetických nepravostí (tentýž lokus nám jako jediný vyhazuje i dělení Neoaves na Metaves a Coronaves, o němž ještě bude řeč níže). Odstraňme tento intron z analýzy, a seskupení pozemních ptáků a dlouhokřídlých ze stromu okamžitě zmizí (Hackett et al. 2008: Figure 1C). Ericson (2012) sice tento výsledek potvrdil přejetím původní datové matice Ericsona a spol. maximální věrohodností, což ovšem stěží můžeme pokládat za nezávislý test celé hypotézy – daná matice opět obsahovala 7. intron β-fibrinogenu. Po jeho vyřazení se navíc dlouhokřídlí přidruží k Aequornithes (Ericson et al. 2006: Figure ESM-6). Zajímavější už je, že Matzke et al. (2012) našli dva retropozony vlastní právě jen dlouhokřídlým a pozemním ptákům: 2 inzerce ale nejsou statisticky významné a dřívější retropozonová studie pro totéž seskupení žádnou podporu nenašla (Suh et al. 2011). Co na to McCormack et al. (2012)?
416-lokusový dataset zdánlivě tuto hypotézu podporuje. Problémem je, že do výsledného svazku se přidává ještě hoacin (viz bod 11.), celý klad je obsažen pouze na bayesovském, nikoli věrohodnostním stromě a jeho posteriorní pravděpodobnost je jen o trochu vyšší než 0,9 (což je vzhledem ke skutečnosti, že toto měřítko bývá obvykle poněkud nafouknuté, opravdu dost málo). Lépe podložený výsledek zde nabízí dataset o 1541 UCEs, podle nějž jsou sesterským taxonem pozemních ptáků Aequornithes. Tato hypotéza je podpořená o něco lépe (bootstrap pod 70%, ale posteriorní pravděpodobnost nad 0,95) a navíc se shoduje s tím, co ukazuje věrohodnostní analýza datasetu 416-genového. Ve starších studiích bychom pro ni ovšem podporu hledali marně: problematické je hlavně to, že dřívější rozbory nacházely celkem silnou podporu pro klad zahrnující krom Aequornithes ještě alespoň "jádro krátkokřídlých" (= jeřáby, chřástaly a příbuzné), dropy, kukačky a turaka – "Pelecanae". Existenci tohoto kladu dokonce s jistými drobnými modifikacemi podpořil ve své revizi i Mayr (2011a), jelikož cosi velmi podobného Pelecanae není ani z morfologického pohledu tak absurdní, jak by se mohlo na první pohled zdát. Všichni bazální zástupci Pelecanae od kukaček až po dropy jsou ale nyní ze svazku (Aequornithes + pozemní ptáci) vyloučeni. Uvidíme tedy, zda tento pozoruhodný výsledek přežije další analýzy.
7. Metaves reloaded (?)
Zapomeňme teď na myšáky, vzájemné vztahy pozemních a vodních ptáků i na notoricky neusaditelného hoacina: nejkontroverznější hypotézou v ornitologické systematice posledních deseti let je zcela jistě dělení Neoaves na Metaves a Coronaves. Objevilo se jako blesk z čistého nebe v analýze výše zmiňovaného 7. intron β-fibrinogenu (Fain & Houde 2004) a jeho implikace byly tak podivné, že – jak Peter Houde zmínil na Dinosaur Mailing Listu – autoři měli problém s jejím publikováním. Některé tradiční ptačí "řády" se zcela rozpadly a jejich zástupci skončili jak v Metaves, tak i Coronaves. Z žádného dalšího genu nic ani vzdáleně podobného nevylezlo a otestování monofylie Metaves mitochondriálními genomy skončilo totálním fiaskem (Morgan-Richards et al. 2008). Na druhou stranu má ale celá hypotéza značnou vysvětlovací sílu: v jediném novém kladu zde skončily snad všechny ptačí skupiny, jejichž zařazení bylo až dosud problematické; od mesitů přes plameňáky až po hoacina a stepokury. Navíc se ukázalo, že jakmile jednou β-fibrinogen do rozboru zahrneme, není snadné se Metaves a Coronaves zbavit: Ericson et al. (2006) obě skupiny odkryli i potom, co k tomuto lokusu přidali 4 další geny (které samy o sobě žádné podobné klady nepodporovaly); a dokonce i Hackett et al. (2008) přidáním 18 dalších lokusů docílili jen přesunu hoacina z Metaves do Coronaves a oslabení jejich bootstrapu. Otázkou tedy je, co je na jediném intronu jediného genu tak anomálního: je jediný, který daná seskupení odkrývá, ale ani velké počty dalších genů jeho signál nedokážou přebít. Může jít stejně tak o zdroj artefaktů jako o jedinečný klíč k rané neoavianní fylogenezi.
Mayr (2011a) dal přednost první variantě. Ve svém "expertogramu", sestaveném podle vlastních morfologických a paleontologických poznatků stejně jako fylogenomických studií, některé metaviany přesunul do výše zmiňovaného (a daty McCormacka a spol. nepodpořeného) kladu zahrnujícího vodní ptáky, kukačky, turaka, jeřáby a spol. a dropy – dostali se sem mesiti, potápky s plameňáky (Mirandornithes) a faetoni. Pozicí měkkozobých (holubi a stepokuři) a kladů Strisores (svišťouni a k nim parafyletičtí "lelkové") a Eurypygae (kaguové plus slunatci) si už Mayr odhadnout netroufl. Poznamenal nicméně, že po Ericson et al. (2006: Figure ESM-6) po vyřazení β-fibrinogenu ze svého pětigenového datasetu odkryli měkkozobé jako sesterskou skupinu celého zbytku Neoaves. Glenn et al. (2008) tento výsledek podpořili aminokyselinovými daty z β-keratinů v ptačím peří; jejich studie nicméně nezahrnovala žádného stepokura.
Tuto hypotézu zdánlivě podporuje i menší z obou datasetů McCormacka a spol. – ovšem s jedním docela velkým háčkem. Na sesterské pozici vůči zbytku Neoaves zde stojí holubi (Columbidae) samotní, zatímco stepokuři (Pteroclidae) vklouzli do pozoruhodného kladu poměrně silně evokujícího Metaves (viz níže). Podpora pro toto uskupení je sice nedostatečná, ale bazální divergence holubů zas tak špatně podpořena není (posterior přes 0,95; bootstrap pod 70%; klad je dokonce – ač s velmi nízkou podporou – přítomen i na druhovém stromě, na němž přežily jen ty nejlépe podpořené skupiny). Ta ovšem zase odporuje mnoha přesvědčivým morfologickým znakům spojujícím holuby se stepokury (Mayr 2011a) i výsledkům dosavadní fylogenomiky (Ericson et al. 2006). Dokonce i Hackett et al. (2008) narušili monofylii tradičních měkkozobých pouze zahrnutím mesitů coby sesterské skupiny holubů, přičemž podle nedávného komentáře od spoluautora studie Johna Harshmana "the evidence for this is starting to look fairly decent". A skutečně – dosavadní data se zřejmě nemýlila. 1541 ultrakonzervovaných elementů nám už totiž holuby a stepokury dohromady zase dá, a to s poměrně robustní podporou. Sekvence od madagaskarských mesitů, dříve řazených do umělých "krátkokřídlých" ("Gruiformes"), jakéhosi odpadkového koše pro problematické linie moderních ptáků, McCormack a spol. neměli k dispozici, a Harshmanovo tvrzení tudíž nemohli otestovat.
Po zamítnutí jedné z nadějných alternativ (holubi jako sesterská skupina ke zbytku Neoaves) už můžeme přejít rovnou k tomu, jak si stojí hypotéza Metaves. Je dobré ujasnit si, v čem vlastně spočívá, což ovšem může být trochu problém: vyjmenovávat "tradiční složení skupiny" se příliš nehodí; datasety, které ji dokázaly odkrýt, byly přesně čtyři (Fain & Houde 2004; Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Paśko et al. 2011). Se jménem Metaves přišla první z nich, a to pro větev zahrnující potápky, plameňáky, faetony, mesity, holuby, stepokury, kaguy a slunatce, hoacina a Strisores (rorýsi, klechovití, kolibříci, lelčíkové, lelkovití a jejich příbuzní). Ericson et al. (2006) toto složení beze zbytku potvrdili, avšak v Hackett et al. (2008) se hoacin (Opisthocomus hoazin) přesunul z Metaves na nejbazálnější pozici v rámci Pelecanae. Sesterskou skupinou k Metaves má být klad zahrnující veškeré ostatní neoaviany, pojmenovaný Coronaves. Jeho monofylie už kupodivu tolik kontroverzí nevzbuzuje – jak podotkli Paśko et al. (2011), vždycky byla podpořená trochu lépe. Především ale koronaviani neprovokují systematiky tím, že by zde byl na malé ploše koncentrován velký počet extrémně odlišných morfologií, což už se o Metaves říct nedá: mezi pouhými 900 "druhy" zde najdeme vše od drobných nektarivorů (kolibříci) přes filtrátory vody (plameňáci) až po faetony, vynikající letce, lovící ryby prudkým náletem na mořskou hladinu.
Začneme-li opět s 416-lokusovým datasetem, na bayesovském stromě vidíme seskupení, které se Metaves velice podobá. Všechny "metavianní" taxony, od nichž McCormack et al. (2012) osekvenovali UCEs (potápka, plameňák, slunatec, faeton, stepokur, kolibřík a potu) až na jeden (holuba) jsou zde zastoupeni, překvapivě ale v kombinaci se třemi někdejšími koronaviany: turaky, dropy a trubačem coby zástupcem "jádra krátkokřídlých". Očekával se spíše opačný vývoj: Mayr (2011a) např. odhadoval, že někteří metaviani – mesiti, potápky s plameňáky (Mirandornithes) a faetoni – vklouznou do Pelecanae. Přesun hoacina v Hackett et al. (2008) mohl být v tomto směru první vlaštovkou (no pun intended). Otázkou je, zda se nakonec zástupci Metaves a Pelecanae nerozpadnou do kladů, které budou těmto skupinám natolik nepodobné, že přestane mít smysl řešit, který se přesunul do které. Aby ale zchladili rostoucí nadšení, že dichotomie Metaves/Coronaves přece jen může být blízko pravdě (a to vlastně docela hodně blízko), upozorňují McCormack et al. (2012), že věrohodnostní ani druhový strom nic podobného neukazují. Spekulují dokonce o tom, zda by výskyt "metavianům" podobného kladu výhradně na bayesovském stromě nemohl být způsoben vyšší náchylností bayesovských metod k přitahování dlouhých větví. Kolaczkowski & Thornton (2009), které v této souvislosti citují, ale publikovali ke svému článku několik korekcí, v nichž se ukázalo, že původní závěry byly dosti přehnané.
Na bayesovském stromě odhadnutém z 1541 UCEs kupodivu tentýž klad zůstal, ačkoli podpora pro něj klesla do pásma téměř naprosté irelevance (posterior pod 0,9; opětovná absence na věrohodnostním a druhovém stromě). Vklouzli do něj ještě holubi a naopak z něj vypadli trubači, což jej ještě více přibližuje původní hypotéze Metaves. Změn doznala i jeho vnitřní topologie, která nyní podstatně více připomíná výsledky dřívějších fylogenomických analýz. Znovu se zde zformoval bizarní klad tvořený mirandornity (potápky + plameňáci) a měkkozobými (holubi + stepokuři), který odkryli už Hackett et al. (2008) – těm se do něj ale vetřeli ještě mesiti a faetoni. Právě chování mesitů v molekulárních analýzách bych považoval za nejsilnější důkaz pro existenci dané skupiny. Tito ptáci totiž v dosavadní fylogenomice zaujímali buďto pozici sesterskou k mirandornitům (Ericson et al. 2006; viz také Mayr 2011a), nebo v rámci měkkozobých (Hackett et al. 2008). Blízká příbuznost obou linií by tyto zdánlivě rozporné výsledky uvedla do souladu.
Postoj ultrakonzervovaných elementů k Metaves bych tedy shrnul s velice opatrným nadšením. Ukazuje se, že něco extrémně podobného této skupině by mohlo být extrémně blízko pravdě, a to vůbec poprvé bez β-fibrinogenu. Nad tímto výsledkem však stále visí riziko přitahování dlouhých větví: mesiti, mirandorniti, faetoni, stepokuři a Eurypygae jsou přesně ty drobné, na žijící zástupce extrémně chudé skupiny, které se od svých nejbližších žijících příbuzných (ať už je jimi kdokoli) oddělily nejspíš už ve svrchní křídě a dlouhé větve tak na molekulárně-fylogenetických stromech vytvářejí zákonitě. Další analýzy jsou zde jistě nutností, a je otázkou, zda se celý problém podaří rozřešit ještě před nástupem těch celogenomových.
8. První divergence v Neoaves
Skoro vše důležité k tomuto problému už bylo řečeno výše. Sesterský vztah mezi holuby a všemi ostatními neoavianními ptáky, odkrytý 416-lokusovým datasetem, zaniká s přidáním dalších UCEs a nemůžeme mu tedy příliš věřit. Bayesovský strom sestavený z rozšířeného datasetu odkrývá skupinu velmi podobnou Metaves, ale to, že podporuje dichotomii Metaves/Coronaves, o něm říci nemůžeme. "Metavianům podobný klad" na něm totiž není sesterským taxonem k celému zbytku Neoaves – tím jsou trubačovití (Psophiidae), což, vezmeme-li v úvahu nekompletní taxon sampling, nejspíš můžeme vztáhnout na celé "jádro krátkokřídlých" (jeřáby, kurlany, trubače a chřástaly včetně chřástalců). Výsledek je to zvláštní a, pokud vím, zcela nový. Zůstávám k němu spíše skeptický; evidence pro blízkou příbuznost jádra krátkokřídlých k Aequornithes se zdá být docela silná (Hackett et al. 2008; Mayr 2011a). Na druhou stranu má u McCormacka a spol. klad zahrnující všechny neoaviany mimo trubačů poměrně slušnou podporu (je přítomen i na věrohodnostním stromě, i když s méně než 70% bootstrapem) – silnější, než např. výše rozebíraný "metavianům podobný klad" nebo některé jeho vnitřní uzly.
9. Turakové plus dropi
McCormack a spol. sice nevěří, že jejich dataset je schopen rozhodnout, zda metavianní ptáci skutečně formují monofyletickou skupinu, ale upozorňují, že přináší robustní podporu pro některé nové, mělké příbuzenské vztahy mezi jejich zástupci. Jedním z nich – a asi tím nejpřekvapivějším – je sesterský vztah mezi dropy (Otididae) a turaky (Musophagidae). Zatímco turakové jsou stromoví ptáci s výskytem v subsaharské Africe, živící se převážně plody – má oblíbená encyklopedie (BirdLife International 2007) se mě dokonce snaží přesvědčit, že turakovi velkému (Corythaeola cristata) se někdy říká "modrý banánožrout" –, dropi jsou velcí, pozemní všežravci ze stepí Starého světa. Nejznámějším zástupcem je pravděpodobně drop kori (Ardeotis kori), proslulý coby nejtěžší žijící létavý pták – hmotnost až přes 20 kg jej skutečně řadí do zcela jiné kategorie než turaka. Dosavadní fylogenomika obě skupiny řadila do Pelecanae, ale nikdy tak blízko sobě navzájem. Ericson et al. (2006) nebyli schopni vztahy obou skupin v rámci Pelecanae rozřešit, Hackett et al. (2008) s extrémně slabou podporou odkryli turaka vedle Aequornithes a dropy coby sesterskou skupinu kladu (kukačky + "jádro krátkokřídlých") a Ericsonovi (2012) dropi vyšli jako sesterský taxon k seskupení (turakové + jádro krátkokřídlých).
Zatímco 416-lokusový dataset nám toho o příbuzenství obou skupin rovněž říká jen velmi málo (turakové v něm formují sesterskou skupinu ke Strisores, ale jen na bayesovském stromě; výsledná skupina se nachází v polytomii s dropy a trubačovitými, tedy "jádrem krátkokřídlých"), ten rozšířený už sesterský vztah turaků a dropů odkrývá s velmi vysokou podporou (posteriorní pravděpodobnost přes 0,95; bootstrap nad 70%). McCormack s kolektivem jsou ale sympaticky opatrní a i tento robustní výsledek berou jen jako podporu pro hypotézu, že obě skupiny k sobě mají blíž, než se dříve myslelo – sami upozorňují na to, že jejich studie nezahrnuje kukačky, které mohou být skutečným sesterským taxonem turaků. Takové příbuzenství skutečně vykrývají největší morfologické analýzy (Mayr & Clarke 2003; Livezey & Zusi 2007) a podporují jej i pozoruhodné detaily typu "bodcovitých" výběžků na háčcích (hamuli/hooklets) distálních paprsků (radii/barbules) křídelního peří. Mayr (2011a) uvádí, že kromě turaků a kukaček tyto struktury najdeme i u hoacina, mesitů a holubů, což je zvláště ve světle výsledků McCormacka a spol. pozoruhodné – mohlo by jít o první morfologickou synapomorfii pro skupinu podobnou Metaves (viz však Fain & Houde 2004).
10. Slunatec plus faetoni
Druhým překvapivým příbuzenským vztahem, který ultrakonzervované elementy odkrývají blízko špiček stromu, je sesterský vztah mezi slunatcem (Eurypyga) a faetony (Phaethontidae). Bootstrapová podpora pro klad složený z faetonů a slunatce na věrohodnostním stromě sestaveném z 1541 UCEs je skutečně působivá: 96%. (Nezapomeňme, že bootstrap je coby měřítko podpory konzervativní [Erixon et al. 2003], takže 96% bootstrap znamená daleko robustnější výsledek než srovnatelná posteriorní pravděpodobnost.) Ač byly oba taxony předchozími studiemi řazeny do Metaves (Fain & Houde 2004; Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008), ještě nikdy se nedostaly tak blízko sobě navzájem. Podle Hackett et al. (2008) byl slunatec spolu s kagu (Rhynochetos), svým sesterským taxonem, nejbližším žijícím příbuzným Strisores, zatímco faetonovití měli mít blízko ke skupině zahrnující mesity, holuby a stepokury. McCormack a spol. odkrývají se svým 1541-genovým datasetem téměř to samé, pouze se jim do kladu (kagu + slunatec) vetřeli faetoni. Výsledná skupina je opět sesterská ke Strisores.
McCormack a spol. do své studie nezahrnuli kagua (Rhynochetos), takže nemohli jeho pozici otestovat, ale není příliš těžké odhadnout, kam by tento taxon vklouzl. Monofylie skupiny složené z kagua a slunatce (nazývané Eurypygae nebo Eurypygiformes) byla rozeznána už v 19. století a odkryla ji snad každá morfologická i molekulární analýza, která oba taxony samplovala (viz Mayr 2011a). Autoři nové analýzy se dokonce na sesterský vztah kagua se slunatcem přímo spoléhají v obhajobě své nové hypotézy o postavení faetonů. Právě novokaledonský kagu (coby velmi špatný letec s červeným zobákem a bledým peřím) podle nich ideálně překlenuje mezeru mezi jiho- a středo-americkým slunatcem (převážně pozemním obyvatelem nížinných a úpatních lesů blízko vodních toků) a pelagickými tropickými faetony (charakteristickými bílým peřím, červeným zobákem, dlouhými rýdováky a krátkýma nohama, díky nimž se po zemi pohybují jen neobratně). Musím ale přiznat, že důraz autorů na popis zobáku a peři mě v této pasáži trochu mate (a znepokojuje). Diskutovat o barvě peří jako o možném pojítku pro skupinu s extrémní ekologickou a morfologickou disparitou by přece nemohli myslet vážně ani molekulární biologové – nebo snad ano?
11. Hoacin
Neotropický hoacin chocholatý (Opisthocomus hoazin) je svou absencí jasného příbuzenského vztahu ke kterékoli další podskupině žijících ptáků přímo proslulý – Livezey & Zusi (2007: Table 1) ukazují, že od počátků ornitologické systematiky už byl hoacin spojován s tinamami, "běžci", hrabavými, holuby, stepokury, kukačkami, dropy, chřástaly a myšáky. K rozřešení hoacinova postavení v rámci moderních ptáků samozřejmě příliš nepřispěla pozornost, která byla věnována skutečnosti, že na prvním a druhém prstu jeho křídel najdeme výrazné drápy. Ty jsou ve skutečnosti u ptáků velmi běžné (o čemž jsem už na blogu psal) a chybí v podstatě jen pěvcům a některým dalším pozemním ptákům, i když výjimky se najdou i tam (Fisher 1940; Baumel 1953; Nero 1957) – určitě není důvod pokládat je za důkaz toho, že je hoacin nějak mimořádně primitivní (Livezey & Zusi 2007). Jistou fylogenetickou informaci však nakonec přece jen nést mohou: mladí hoacinové jsou mezi žijícími ptáky téměř výjimeční v tom, že křídelní drápy k něčemu využívají – konkrétně ke šplhání po větvích. Důležité je zde ale právě slovo "téměř": úplně totéž totiž dělají i ptáčata afrických turaků (viz výše), které do blízkosti hoacinů klade i morfologie (Livezey & Zusi 2007; Mayr 2011a) a malé vzorky sekvenčních dat (Hughes & Baker 1999).
Nemístný důraz kladený na hoacinovy drápy je nejen zavádějící, ale i nefér. Zcela pod ním totiž zanikají pozoruhodné znaky, v nichž je hoacin unikátní doopravdy. Tím prvním je jeho listožravost – způsob obživy, který sám o sobě není mezi ptáky právě běžný – a s ním související předžaludeční fermentace, pozoruhodná konvergence se savčími přežvýkavci, která se výrazně podepisuje na hoacinově anatomii. K fermentaci dochází ve voleti, které je svou funkcí analogické přežvýkavčímu bachoru; u hoacina tento orgán přerůstá samotný žaludek. Obrovskému voleti musely uvolnit prostor jak létací svaly, tak i prsní kost, která má u hoacina charakteristický tvar se zploštělým zadním okrajem (Hughes & Baker 1999) a v přední polovině jí zcela chybí kýl, což znamená slabé letové schopnosti. Hoacinovo sternum v těchto rysech dokonce velice připomíná druhohorní enantiornity (Kaiser 2007; viz i článek Darrena Naishe). A zatímco na hoacinových křídelních drápech nic zvláštního není, prohlídka jeho rukou by přece jen odhalila cosi, čím je tento pták v rámci Neornithes zcela jedinečný (a co by šlo velmi dobře interpretovat jako skutečný atavizmus) – mimořádně opožděnou ontogenezi karpometakarpu. Tento element, zvaný též záprstí, se v ptačí evoluci poprvé objevil u konfuciusornitidů a sestává ze srostlých distálních zápěstních kůstek a záprstních kostí. Hoacin se ovšem líhne s třemi oddělenými, funkčními prsty – do podivné beztvaré masy, kterou je karpometakarpus moderních ptáků, příslušné kosti srostou až v průběhu života (zároveň s tím se většina hoacinů zbaví i svých "drápů", tedy rohovinnových pochviček nad unguály).
Výše uvedenou exkurzi do hoacinovy biologie lze brát jednak jako odpočinek od neustálého přívalu fylogenetických hypotéz, jednak jako ukázku toho, že pro podobně odvozený taxon se blízcí příbuzní skutečně nehledají snadno – aspoň pomocí fenotypických znaků. Vrátíme-li se zpět k molekulární fylogenetice, uvidíme, že situace se v posledních deseti letech dost zlepšila. Analýzy založené na krátkých úsecích mtDNA a jaderných genů spolehlivě ukázaly aspoň to, že jde o neoaviana (což vylučuje jak bizarní návrhy o příbuzenství s tinamami či "běžci", tak i historicky oblíbenou hypotézu jeho blízkosti hrabavým), dál už ale jeho pozici nerozřešily: nejprve se hoacin v souladu s morfologickými fylogenezemi dostal do blízkosti turaků a kukaček (Hughes & Baker 1999), aby jej další data a obsáhlejší taxon sampling od obou skupin odtrhly a umístily do slabě podpořeného sesterského vztahu s holuby (Sorenson et al. 2003). Rozeznání pozemních ptáků fylogenomikou (Ericson et al. 2006) a silná podpora, kterou pro jejich monofylii snesly další studie (Hackett et al. 2008; Suh et al. 2011; Wang et al. 2011; Faircloth et al. 2012; McCormack et al. 2012), nám umožňuje hoacina s klidem vyloučit i z tohoto velkého uskupení. Dále je celkem evidentní, že nespadá dovnitř dlouhokřídlých (nejde o potomka posledního společného předka bahňáků a racků). Jak podotkl John Harshman na Tetrapod Zoology, tím nám zbyly už jen dvě velké skupiny, kam by hoacin mohl patřit: Pelecanae a Metaves. Jak je navíc patrné z výše uvedeného, obě skupiny nám začínají tak nějak splývat. Právě uvnitř Pelecanae odkryli hoacina Hackett et al. (2008) – opět v blízkosti kukaček a turaků. Nejmenší monofyletická skupina zahrnující všechny tři taxony by sice podle výsledného stromu musela obsáhnout i Aequornithes, jádro krátkokřídlých a dropy, avšak vzájemné vztahy těchto taxonů nezískaly příliš robustní podporu a lze tedy říct přinejmenším to, že Hackett et al. (2008) blízké příbuzenství hoacinů, turak a kukaček přinejmenším nezamítli. Co na to McCormack a spol.?
Ti v případě hoacina přicházejí s opravdovým překvapením. Navrhují totiž hypotézu úplně novou (jako by těch starých nebylo dost), podle níž by byl jihoamerický listožrout sesterským taxonem dlouhokřídlých. Tento svazek získal vysokou podporu na bayesovském stromě sestaveném z 416 UCEs, ale věrohodnostní ani druhový strom nic podobného neodkryly a v širším datasetu se podpora pro daný klad vytratila už i v bayesovské analýze, zanechávajíc tak hoacina v jedné velké polytomii na samé bázi Neoaves. Sami autoři uvádějí, že k rozřešení příbuzenských vztahů hoacina bude určitě potřeba především daleko důkladnější taxon sampling; svůj výsledek pak považují za zajímavou hypotézu k dalšímu zvážení.
12. Přijetí nové studie
Studie Hackett et al. (2008) znamenala pro ptačí fylogenetiku obrovský úspěch – jejich strom byl reprodukován v takovém množství dalších prací a využit k tolika dalším studiím (viz Hieronymus & Witmer 2010 nebo třeba celé Living Dinosaurs), že jej lze srovnávat snad jen s legendární "The Tapestry" od Sibleyho a Ahlquista. Ta si své jméno vydobyla především důkladným taxon samplingem, ale metody použité k její rekonstrukci (DNA-DNA hybridizace a distanční analýzy) byly zastaralé už v době, kdy studie vyšla. Hackett a spol. tento problém neměli. Kombinace metod použitá v jejich studii sice byla vzhledem k roku publikace trochu neobvyklá, autoři v tom ale byli nevinně – pokus o bayesovskou analýzu shodil příslušný software dokonce i na použitém superpočítačovém klastru a metody pro statisticky konzistentní odhadování druhových stromů ještě nebyly na světě. (Ironické a trochu znepokojivé je, že – jak podotkl Brian Moore na blogu dechronization – Markovovy řetězce nedotažené bayesovské analýzy se ke konci pohybovaly v oblastech s podstatně vyšší věrohodností, než kterou má "nejvěrohodnější" strom nakonec otištěný ve studii. To, co nám nakonec Hackett a spol. předložili, není optimální interpretace jejich dat.) Navíc je stromek z Hackett a spol. pěkně rozřešený, tzn. bez polytomií, a následující studie potvrdily jeho nejkontroverznější části typu Psittacopasserae, Eufalconimorphae (Suh et al. 2011; Wang et al. 2011) a polyfylie "běžců" (Smith et al. 2012; Haddrath & Baker 2012).
Mají McCormack a spol. šanci na podobný úspěch? Stane se jejich studie na nadcházející léta standardním referenčním textem pro ptačí fylogenetiku? Pochybuji. Důvodem nejsou pochyby o jejich konkrétních závěrech, přestože je dobré podotknout, že některé z nich odporují nadějným hypotézám, na nichž už začínala panovat jistá velice opatrná shoda – do této kategorie spadá třeba zamítnutí sesterského vztahu dlouhokřídlých a pozemních ptáků či monofylie Pelecanae. Daleko větším problémem je ale celková prezentace výsledků: autoři nenabízí jediný a hezky rozřešený stromek, jako to udělali Hackett et al. (2008), ale větší množství fylogramů s polytomiemi. To určitě není špatně – takový výstup práce je alespoň poctivý a nevyvolává iluzi shody tam, kde žádná není. Autoři přející si zakomponovat do svých prací výsledky McCormacka a kolektivu by si ale museli vybírat, který z odlišných stromů použijí, což samo o sobě obnáší zodpovězení některých netriviálních otázek: tak např., je spolehlivější vyvozovat strom z kompletnějších dat, nebo vyhrává čistě množství?
13. Budoucnost ptačí fylogenetiky
Paleontologové své studie většinou uzavírají s nějakou variací na téma "chtělo by to víc fosilií". Jsou molekulární fylogenetici originálnější? Kterými směry by se podle McCormacka a spoluautorů měl ubírat výzkum vzájemných příbuzenských vztahů neoavianních ptáků?
V první řadě autoři považují za výhodnější shromažďování více dat (delších sekvencí) před sestavováním dokonale kompletních datasetů (v nichž je každý taxon zastoupen 100% délky alignmentu). Poukazují na to, jak s přechodem od 416 k 1541 ultrakonzervovaným elementům vzrostlo rozlišení věrohodnostního stromu i jeho shoda se stromem bayesovským. Stejně tak nový výzkum na empirických datasetech ukazuje, že přinejmenším pro analýzy s chudým taxon samplingem mohou být analýzy větších a méně kompletních datových matic skutečně vhodnější (Wiens & Tiu 2012). Rovněž se zastávají analýz zřetězených (concatenated) sekvenčních dat, které jsou z důvodů popsaných v bodě 2. často považovány za nespolehlivé ve srovnání s odhady druhových stromů z individuálních stromů genových. UCEs, které McCormack a spol. použili, byly většinou hodně krátké (průměrná délka 397 párů bází), a tak žádný z nich nenesl příliš silný signál. Jejich genové stromy tedy byly slabě podložené či úplně nerozřešené, a je zjevné, že z analýzy nakrmené takovými stromy nemůže vzejít dobře rozřešený strom druhový. (Autoři podotýkají, že metody odhadující genové stromy a druhový strom společně přímo ze sekvenčních dat by tento problém možná mohly zmírnit, ty jsou ale pro podobně velké datasety příliš výpočetně náročné.) Zřetězení genů tento problém obchází – signál se sesčítá a nasbíráme dostatek znaků i pro rozřešení velmi krátkých větví; samozřejmě ale stále za cenu všech výše uvedených rizik. McCormack si to uvědomují, a proto doporučují soustředit se spíš na zvyšování délky sekvenovaných lokusů – jeden z autorů už dokázal izolovat UCEs s průměrnou délkou 600 až 700 párů bází, a studie ukazují, že rozlišení druhového stromu se skutečně úměrně tomu zvýšilo.
Pokud jde o fylogenetické metody, autoři nemají jednoznačné preference. Poukazují na mnoho záporů bayesovské inference, především pak na údajnou zvýšenou náchylnost k přitahování dlouhých větví (viz ale výše) – obávají se, že právě díky ní jim na bayesovských stromech vyšlo ono seskupení tolik podobné "Metaves", složené vesměs z linií s mála žijícími zástupci, od nichž se táhnou dlouhé větve až k bázi Neoaves. Své vady má ale i věrohodnost: věrohodnostní bootstrap je coby měřítko podpory příliš konzervativní (viz bod 10.), což McCormack a spol. zaznamenali u 416-lokusového datasetu. Uzly, kterým bayesovský strom dával vysokou posteriorní pravděpodobnost, byly na věrohodnostním stromě podpořeny jen velmi slabě; jejich bootstrap ale prudce stoupl po rozšíření datasetu. Bayesovská analýza tedy rozeznala dobře podložené skupiny s menším množstvím dat než věrohodnost.
Sladit výsledky různých metod fylogenetické analýzy je podle autorů jednou z velkých výzev, které má ptačí fylogenetika stále před sebou; obecně jsou ale optimističtí. Cílené sekvenování ultrakonzervovaných elementů je podle nich velmi slibným přístupem, který bude možné do budoucna rozšířit na analýzy stovek taxonů, tisíců genů a daleko delších sekvencí okolo jednotlivých UCEs. Pokud vedle sebe budeme analyzovat modelové a nonmodelové taxony, jistě přijdou vhod i alternativní způsoby získávání UCEs, než je cílené sekvenování: přímo se nabízí použít knihovny sestavené z kompletně přečtených genomů. Při analýzách nonmodelových druhů je rovněž výhodou možnost sloučit data z ultrakonzervovaných elementů s jinými druhy molekulárních markerů. A přestože UCEs mohou být pro další pokroky v objasňování neoavianní fylogeneze zcela zásadní, neměli bychom sázet vše jen na jednu kartu. Krom hromadění stále větších a větších vzorků sekvenčních dat, umožněném klesající cenou sekvenování, a jejich analyzování stále sofistikovanějšími metodami, umožněném rostoucím výkonem počítačů; čeká studium ptačích příbuzenských vztahů také na celogenomovou analýzou mnoha stovek vzácných genomových změn včetně indelů, retropozonů a mikroRNA.
Zdroje:
Tým autorů, který za novou studií stojí, nám už tento rok přinesl další podporu pro archosauromorfní želvy (Crawford et al. 2012) a nové molekulární markery schopné rozřešit fylogenetické vztahy různé hloubky, odzkoušené rovněž mj. na ptácích (Faircloth et al. 2012). Jeho specialitou jsou ultrakonzervované genomické elementy (UCEs), což jsou – navzdory názvu, který může vzbuzovat dojem, že je zase řeč o nějaké "molekulární morfologii" typu retropozonů – vlastně docela obyčejná sekvenční data z vysoce zakonzervovaných úseků jaderné DNA. Podle McCormacka a spol. v sobě UCEs spojují nejlepší vlastnosti sekvenčních dat a vzácných genomových změn. Na sekvence většinou klademe zcela protichůdné požadavky: musí se vyvíjet dost rychle na to, aby stihly akumulovat dostatek mutací i na velmi krátkých vnitřních větvích charakteristických pro rychlé radiace, na druhou stranu ale nechceme, aby nám fylogenetický signál smazaly "multiple hits", tj. opakované substituce na jedné pozici. Mitochondriální DNA se vyhýbá prvnímu problému, jen aby přímo po hlavě spadla do toho druhého. Retropozony obchází oba dva, ale nejsou imunní vůči některým dalším, jako je třeba výše zmíněná hemiplazie. Navíc retropozonové rozbory musejí být cíleny na určitou posloupnost uzlů: Suh et al. (2011) i Matzke et al. (2012) např. vycházeli z jaderného genomu zebřičky pestré (Taeniopygia guttata) a skutečně dokázali velmi slušně zrekonstruovat, jak blízko mají k zebřičce různí další neoaviani – ale nic víc. Nemůžeme čekat, že s pěvčími retropozony dokážeme rozřešit dejme tomu vzájemný vztah kukaček a turaků. Tuto překážku snad půjde obejít s novými postupy pro získávání retropozonů z genomů nonmodelových ptáků (Suh et al. 2012), zatím zde však pořád je.
Na ultrakonzervovaných elementech je naproti tomu příjemné, že variabilita v jejich sekvenci roste se vzdáleností od jádra, díky čemuž je lze použít pro rekonstrukci příbuzenských vztahů na několika různých časových škálách (Faircloth et al. 2012). Jádra UCEs se díky pomalému tempu molekulární evoluce snadno zarovnávají i napříč velice divergentními genomy (Siepel et al. 2005; Crawford et al. 2012), ale fylogenetický signál budeme hledat spíše v sekvencích, která tato jádra lemují. Díky této vlastnosti představují ideální kompromis mezi rychlou evolucí a saturací. Navíc se v genomech nalézají v hojném počtu, což taky není zanedbatelný faktor: třeba Suh et al. (2011) našli mezi 200 000 retropozony pouze 51 informativních markerů.
McCormack a spol. ale neměli důvod se nějak omezovat a pomocí cíleného sekvenování (target enrichment) a polymerázové řetězové reakce s vysokou propustností (high-throughput PCR) se vyzbrojili hned 1541 ultrakonzervovanými elementy, což je oproti 19 genům Hackett et al. (2008) dost slušný rozdíl. Přestože průměrná délka sekvence na jeden gen byla podstatně menší (350 oproti 1400 párům bází), alignment dosáhl celkové délky (tj. včetně inzercí a delecí) 539 526 bp, což Hackett a spol. překonává skoro sedmnáctkrát. Autoři poukazují na to, že Nabholz et al. (2011) dovedli pomocí přístupu zvaného "shotgun transcriptome sequencing" nashromáždit ještě o něco víc dat (774 279 bp z 1995 genů – přes 10% ptačího jaderného genomu), ale pouze od jedenácti ptáků – pět z nich navíc byli pěvci, takže k velkoškálové fylogenezi Neoaves nám toho jejich dataset mnoho neřekl. Naproti tomu McCormack a spol. osekvenovali 32 neoavianů, mezi nimiž byli zástupci jak všech hlavních linií, tak i drobnějších, na taxony chudých a notoricky problematických větviček – myšáci, faetoni, kaguové se slunatci, turakové, dropi, stepokuři a samozřejmě "the wonderful but always annoying Hoatzin", jak jej výstižně charakterizoval Darren Naish. Jsou to právě tyto skupiny, jejichž pozici dosavadní fylogenomika nedokázala rozřešit. Je jistě pravda, že ani 32 taxonů není v porovnání s předchozími studiemi moc – Hackett et al. (2008) jich měli 169, Livezey & Zusi (2007) 150 – a třeba chybějících mesitů, kukaček, seriem a kurola (Leptosomus) je docela škoda; analýzy méně taxonů a více genů jsou však v dnešní fylogenomice zkrátka standardem. Ti, kteří by přece jen dali přednost hustšímu taxon samplingu, jistě ocení zvěst kolující po Google+, podle níž Walter Jetz a kolegové v práci zaslané do Nature chystají gigantickou fylogenezi všech 9800 ptačích "druhů".*
*Odhadnout počet "druhů" ptáků není snadné, dokonce i když se shodneme na tom, co že to ten "druh" vlastně je. Většina dnešních checklistů se blíží číslu okolo 10 500 (Clements et al. [2012] jich hlásí 10 240), takže Jetz a spol. určitě zahrnout minimálně 90% tohoto počtu. Plná citace chystané publikace zní: Jetz W, Thomas GH, Joy JB, Hartmann K, Mooers AO (in press) The global diversity of birds in space and time.
Kromě hlavního datasetu McCormack et al. (2012) sestavili ještě jeho skromnější verzi, kam se dostaly jen elementy přítomné u všech vzorkovaných ptáků. Tento zkrácený alignment čítal 416 UCEs a 165 163 párů bází. Jako outgroup pro oba datasety vystupuje kuře (Gallus gallus), odvozený zástupce drůbeže (Galloanserae), sesterské skupiny Neoaves. V obou případech autoři odhadli nejlépe sedící model evoluce zvlášť pro každý lokus, lokusy se stejným modelem seskupili do jednoho datového oddílu (kterých bylo celkem dvacet) a podrobili je bayesovské analýze. Zároveň s tím ještě obě matice projeli programem RAxML pro rychlou věrohodnostní analýzu.
Současným trendem je ve fylogenetických studiích založených na molekulárních datech odhadování druhového stromu (species tree estimation) ze stromů jednotlivých genů namísto toho, aby se sekvence ze všech genů prostě naházely na jednu hromadu a počkalo se, jaký strom z ní vyleze. Roli v tom hraje určitě i zjištění, že při rapidních evolučních radiacích se od druhového stromu (tj. toho, který nás zajímá), může odchýlit dokonce i většina genů – jinak řečeno, pokud budeme individuálně analyzovat jeden gen za druhým, strom, který se bude ve výsledcích objevovat nejčastěji, nebude shodný s druhovým stromem (Degnan & Rosenberg 2006). To ovšem znamená, že výše popsaná metoda zřetězení všech sekvencí do jednoho dlouhého datasetu zde bude statisticky nekonzistentní: podá špatný výsledek a jak jí budeme přidávat další data, bude si jím víc a víc jistá. Celkem brzy po tomto znepokojivém objevu naštěstí byly vynalezeny metody, které si s ním dovedou poradit. McCormack s kolektivem využívají konkrétně STAR (Species Trees from Average Ranks of Coalescence; Liu et al. 2009), založený na koalescenční teorii, a pseudo-věrohodnostní MP-EST (Maximum Pseudo-Likelihood Estimate of the Species Tree; Liu et al. 2010).
Stručný návod do rekonstrukce fylogenezí z ultrakonzervovaných elementů. Nejprve jsou identifikovány utrakonzervované elementy v genomech modelových organizmů (v obrázku např. anolis, zebřička nebo kuře) a podle nich nadesignovány RNA sondy, určené k vyhledání homologických sekvencí v genomech nonmodelových organizmů. Vzorky DNA získané pomocí těchto sond se izolují, osekvenují a následně zarovnají podle sondy. Takto dostaneme kompozitní sekvence, které zarovnáme mezi taxony, jichž se naše studie bude týkat. Pro každý jeden ultrakonzervovaný lokus bychom měli získat datovou matici, nad nímž provedeme fylogenetickou analýzu, abychom našli jeho genový strom. Jednotlivé genové stromy pak použijeme jako vstup pro analýzu rekonstruující druhový strom – hledanou fylogenezi našich taxonů. (Zdroj: Faircloth et al. 2012: Figure 1)
3. Slovník ptačích kladů
Fylogenomické studie ptáků jsou novinkou posledních letech (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Suh et al. 2011) a jelikož jejich závěry byly v mnoha směrech překvapivé, není divu, že jsou potřeba i nová jména, s nimiž by o nich šlo komunikovat. Přestože je široce uznáváno, že tyto studie jsou spolehlivější než předchozí přístupy (kladistické analýzy morfologických znaků, DNA-DNA hybridizace, rozbory jednotlivých genů), řada autorů se cítí nesvá při pojmenovávání skupin, které zatím vylezly jen ze dvou nebo tří analýz a o nichž ještě před deseti lety nikdo neměl ani tušení. Proto se první názvy pro nová uskupení začaly objevovat teprve nedávno a některé z nich jsou tak nové, že ještě ani nebyly použity v jiných studiích než v té, která je vztyčila – téměř nikdo je ještě nezná. Protože se mi ale zdají velice užitečné a budu je v článku používat, napadlo mě, že by mohl přijít vhod malý slovník:
Aequornithes. Skupina zahrnující potáplice (Gaviiformes); trubkonosé (Procellariiformes); tučňáky (Sphenisciformes); čápy (Ciconiidae); volavky a ibisy (Ardeiformes); pelikány, člunozobce a kladivouše (Pelecaniformes v novém smyslu slova); fregatky, kormorány, tereje a anhingy (Suliformes). Jméno zavedl Mayr (2011a). Synonyma: "waterbird assemblage", "waterbirds".
Afroaves. Jedna ze dvou velkých větví "pozemních ptáků". Zahrnuje šplhavce (Piciformes); ledňáčky, momoty a todie (Alcediniformes); mandelíkovité a kurolcovité (Coracioidea); vlhovité (Meropidae); dudky, dudkovce a zoborožce (Bucerotes); trogony (Trogonidae); kurola (Leptosomus); sovy (Strigiformes); jestřábovité, orlovce a hadilova (Accipitriformes); kondory (Cathartidae) a snad i myšáky (Coliiformes). Jméno zavedl Ericson (2012).
Australaves. Druhá z velkých linií pozemních ptáků. Zahrnuje pěvce (Passeriformes), papoušky (Psittaciformes), sokoly (Falconidae) a seriemy plus jejich vymřelé příbuzné (Cariamae). Jméno zavedl Ericson (2012) v bizarním tvaru "Australavis" – nejde o překlep, jelikož se v textu vyskytuje opakovaně, a jméno sesterské skupiny (Afroaves) ukazuje, že autor plurál vytvořit umí. Já budu používat tvar Australaves.
Eufalconimorphae. Skupina zahrnující pěvce (Passeriformes), papoušky (Psittaciformes) a sokoly (Falconidae). Jméno zavedli Suh et al. (2011).
Pelecanae. Skupina zahrnující Aequornithes (viz výše); jeřáby, kurlany, trubače a chřástaly včetně chřástalců ("core Gruiformes"); kukačky (Cuculidae); turaky (Musophagidae); dropy (Otididae) a možná i hoacina (Opisthocomus). Jméno je neformální a nepochází z žádné studie (a pokud vím, ani nebylo v žádné použito); pro účely svého webového checklistu Aves—A Taxonomy in Flux si jej vymyslel John Boyd. Pro diskuzi o dané hypotéze je však daleko vhodnější než sáhodlouhý opis "vodní a semiakvatičtí ptáci".
Picocoraciae. Tato skupina v sobě kombinuje šplhavce (Piciformes) a "srostloprsté" ("Coraciiformes"), kteří se ovšem ukázali být vůči šplhavcům parafyletičtí a rozpadli se do skupin popsaných u jména Afroaves. Jméno zavedl Mayr (2011a).
Psittacopasserae. Skupina zahrnující pěvce (Passeriformes) a papoušky (Psittaciformes). Jméno zavedli Suh et al. (2011). Synonyma: "Cantiomimus" sensu Ericson (2012).
4. Vodní ptáci
První dobrou zprávou je, že UCEs jednoznačně podporují klady vodních ptáků (Aequornithes) a pozemních ptáků (Afroaves + Australaves). Odhalení těchto skupin prvními fylogenomickými studiemi (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008) je široce uznáváno jako jejich největší úspěch a bez velké nadsázky lze říct, že jde o první významný pokrok v rozkrývání fylogeneze Neoaves po více než 150 letech. Morfologie sice naťukla možnost existence velmi podobných skupin; těm však vždy buď něco chybělo, nebo přebývalo. Není bez zajímavosti, že pro Aequornithes se podařilo identifikovat morfologickou synapomorfii právě až poté, co toto seskupení vzešlo z molekulárních analýz: jsou jí oddělené, silně zrohovatělé "narikorny", což jsou součásti rohovitého pokryvu zobáku (ramfotéky) v oblasti nozder, po nichž dostali své jméno trubkonosí (Hieronymus & Witmer 2010; Mayr 2011a).
Monofylie Aequornithes je tedy celkem dobře potvrzená a ultrakonzervované elementy to potvrzují; jak jsou ale na tom fylogenetické vztahy v rámci této skupiny? Dosavadní studie jaderných sekvencí (Hackett et al. 2008) i retropozonů (Watanabe et al. 2006) ukázaly, že sesterskou skupinou zbytku Aequornithes jsou potáplice, což opět podporuje i stavba ramfotéky: krom čápovitých (Ciconiidae) jsou potáplice jedinými zástupci Aequornithes, kterým po stranách zobáku chybí výrazné brázdy za nosními otvory (Mayr 2011a). Ericson (2012) však např. tuto topologii s 5 jadernými geny neodkryl (na jeho stromě se Aequornithes nejprve rozdělili na tučňáky, "brodivé" a "veslonohé" na jedné straně a potáplice plus trubkonosé na straně druhé) a řada morfologů se domnívala, že potáplice by mohly být nejbližšími žijícími příbuznými tučňáků (např. Olson 1985). Je proto jen dobře, že McCormack et al. (2012) poskytli pro bazální divergenci potáplic novou podporu – odkrývají ji všechny jejich stromy včetně těch druhových.
Fylogeneze Neoaves podle bayesovské analýzy datové matice se 100% kompletností (od žádného ze zahrnutých taxonů nechyběla žádná sekvence). Větší kompletnost si ale vynutila snížení počtu taxonů (z 32 na 29) i lokusů (z 1541 na 416). Barvy uzlů jsou detailně vysvětleny pod stromem – nejslabší podporu mají klady označené červeně, které vůbec nebyly přítomné na stromu vzešlém z analýzy téhož datasetu metodou maximální věrohodnosti. Škoda jen, že autoři nezahrnuli do své práce oba stromy, tedy jak bayesovský, tak věrohodnostní, a místo šikovného barevného značení nenahlásili bootstrap a posteriorní pravděpodobnosti číselně. Vidíme, že nejslabší podporu mají nejzajímavější klady: seskupení dlouhokřídlých a hoacina, sesterský vztah mezi touto skupinou a pozemními ptáky, nebo klad silně připomínající kontroverzní taxon Metaves v dolní části stromu. Více o těchto i dalších výsledcích níže. (Modifikováno z McCormack et al. 2012: Figure 2)
5. Pozemní ptáci: vnitřní fylogeneze
Fylogenomika podporuje dělení pozemních ptáků na Afroaves a Australaves (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Ericson 2012 – poslední studie je jen věrohodnostní re-analýzou té první). Zajímavou modifikaci tohoto dělení však navrhly retropozonové analýzy (Suh et al. 2011; Matzke et al. 2012), které přesunuly myšáky na sesterskou pozici ke všem zbývajícím pozemním ptákům. Tento zbytek se pak může dál znovu dělit na afroaviany a australaviany – to už nám retropozony, schopné vlastně jen měřit fylogenetickou vzdálenost od zebřičky, nesdělily. Pozice myšáků je ale problémem dosti zapeklitým. Svalstvo zadních končetin (McKitrick 1991), hlavně pak odvozené znaky šlach hlubokých ohybačů prstů (Berman & Raikow 1982), podporují sesterský vztah myšáků a papoušků, který rovněž vzešel z analýzy jaderného genu ZENK (Chubb 2004). Především retropozony ale velice silně podporují zařazení papoušků do kladů Psittacopasserae (5 nezávislých inzercí) a Eufalconimorphae (7 inzercí), do nichž myšáci nespadají. Tuto hypotézu tedy musíme zamítnout, ale pak narážíme na nedostatek přesvědčivých alternativ. Klad (myšáci + sovy), který odkryli Hackett et al. (2008), nebyl robustní vůči bootstrapu a z žádné další analýzy se už nevynořil. Zcela beznadějným shledali určování pozice myšáků Wang et al. (2011) s 30 jadernými geny; jejich výsledky lze v podstatě shrnout jako "anything goes", a to včetně sesterského vztahu s papoušky, Psittacopasserae, Eufalconimorphae nebo Australaves.
Menší z obou datasetů McCormacka a spol. podporuje sesterský vztah myšáků a skupiny Picocoraciae, a to překvapivě robustně: svazek byl přítomen na bayesovském stromě (s posteriorní pravděpodobností víc než 0,95) i věrohodnostním fylogramu (bootstrap nad 70%). Tento výsledek se dobře shoduje s pětigenovou analýzou Ericsona (2012), která myšáky odhalila vedle kladu složeného z Picocoraciae a trogonů – McCormack a spol. trogony z 416-lokusového datasetu museli vynechat kvůli problémům se sekvenováním. Tentýž vztah jako Ericson odhalili i Wang et al. (2011) ve třech ze čtyř analýz, do nichž myšáky zahrnuli. Ani Hackett a spol. neměli k této hypotéze zas tak daleko: zmiňovaný klad (sovy + myšáci) byl na jejich stromě sesterský opět k uskupení sestávajícímu z pikokoracianů, trogonů a kurola (Leptosomus) – stačilo by tedy, aby myšáci přeskočili na vedlejší větev. Klad složený z myšáků, trogonů, kurola, "srostloprstých" (včetně kurola) a šplhavců morfologicky podpořili i Livezey & Zusi (2007); těm sem však spadli i pěvci, kteří téměř jistě patří úplně jinam. Pokud bychom chtěli blízký vztah myšáků a pikokoracianů přijmout, musíme se smířit s chybějící podporou ze strany retropozonů. Studie Suha a spol. (2011) i Matzkeho a spol. (2012) nalezly každá 2 inzerce podporující ranou divergenci myšáků od všech ostatních pozemních ptáků, což je přesně pod mezí statistické významnosti (3 a víc bezkonfliktních inzercí) – když ale budeme retropozony sčítat napříč datasety, výsledná čtyřka už ji přesáhne. Uklidnit nás ale může jak robustní podpora ze strany McCormacka a spol., tak i fakt, že zařazení myšáků do Afroaves (spíše než jejich odštěpení ještě před divergencí Afroaves/Australaves) podpořili s UCEs i Faircloth et al. (2012), kteří ovšem kromě myšáka samplovali z pozemních ptáků už jen vousáka (pikokoraciana) a jednoho pěvce.
Proto působí trochu jako studená sprcha, když zjistíme, že v rozšířené datové matici o 1541 UCEs myšáci zase přeskočili jinam, totiž na bázi Australaves – absence seriem v datové matici neumožňuje určit, zda jde o sesterský vztah k Eufalconimorphae, nebo ke kladu (Eufalconimorphae + Cariamae). Druhou z těchto možností velmi slabě (bootstrap pod 50%) podpořily dvě z mnoha dílčích analýz Wanga a spol. (2011), ale to je všechno. Ještě znepokojivější je, že McCormack et al. (2012) preferují právě výsledky rozsáhlejšího datasetu, ačkoli uznávají, že "a few results from the 416 locus tree [...] seemed particularly well supported or interesting". Věrohodnostní strom odhadnutý z 416-genové datové matice byl totiž daleko méně rozřešený a podstatně méně se shodoval se stromem bayesovským: pouze 50% uzlů s vysokou posteriorní pravděpodobností (0,95 a víc) mělo také vysokou bootstrapovou podporu (75% a víc) na věrohodnostním stromě, zatímco u většího a méně kompletního datasetu to bylo 65%. U menšího datasetu se bayesovský a věrohodnostní strom neshodovaly ve 12 z 28 uzlů, u většího datasetu jen ve 4 z 31 uzlů. Nemůžu si pomoct, ale v případě myšáků věřím menšímu datasetu víc: pokud použijeme předchozí studie jako priorní informaci, dává prostě pravděpodobnější výsledek.
Totéž už bych se neodvážil říct o dalším konfliktu mezi menším a větším datasetem, který se týká příbuzenských vztahů v rámci Picocoraciae. Dosavadní analýzy (Hackett et al. 2008; Ericson 2012) vyhazovaly coby sesterskou skupinu ke zbytku tohoto uskupení klad Bucerotes, složený jednak ze zoborožců a pozemních zoborožců (Bucerotiformes), jednak z dudků (Upupidae) a dudkovců (Phoeniculus). 416-genový dataset McCormacka a spol. to vidí stejně, ale jeho rozšířená verze už ne: podle ní mají dudkovci blíž ke šplhavcům než momoti. Zajímavé je, že sesterský vztah šplhavců a Bucerotes podporuje i morfologie: Mayr (2005a) jej odkryl sice bez bootstrapové podpory, zato však s poměrně působivým počtem podpůrných znaků. Ty zahrnují např. proximální prstní článek velkého (II.) prstu křídla s redukovaným zadním okrajem a háčkovitě tvarovaným distálním koncem nebo kompletně redukované větší spodní křídelní krovky (Manegold 2005). Je klidně možné, že morfologie v tomto případě vyhrála nad fylogenomikou: podpora pro bazální divergenci Bucerotes v Hackett et al. (2008) byla sice silná (bootstrap 98%), ale to podpora pro klad (šplhavci + Bucerotes) u McCormacka a spol. také. Naopak klad (momoti + šplhavci) odhalený 416-lokusovým datasetem a kompatibilní s Hackett a spol. měl bootstrap pod 70%.
Příjemná je naopak shoda s dřívějšími studiemi, pokud jde o příbuzenské vztahy v rámci Afroaves. Ericson et al. (2006) je nebyli schopni rozřešit, ale Hackett et al. (2008) a Ericson (2012) se dokázali shodnout aspoň na tom, že denní dravci bez sokolů (Accipitriformes) stojí mimo klad zahrnující sovy na jedné straně a trogony s pikokoraciany na straně druhé. (Obě studie se naopak neshodly na tom, kde v rámci Afroaves stojí kondoři, myšáci a madagaskarský kurol.) Podpora pro tuto topologii však byla mimořádně slabá, takže ani ještě nedávná revize pokroků v ptačí fylogenetice (Mayr 2011a) se o ní nenamáhala diskutovat a dokonce i sám John Harshman, spoluautor Hackett et al. (2008), v tři roky starém komentáři na Tetrapod Zoology o Afroaves napsal., že "[t]he evidence for the existence of such a group is exceedingly weak" – spekulovat pak o její vnitřní fylogenezi už by nemělo vůbec žádnou cenu. McCormack et al. (2012) však jestřáby a spol. coby sesterskou skupinu sov, trogonů a pikokoracianů odkrývají znovu, a přestože podpora opět není silná (posteriorní pravděpodobnost více než 0,95, ale bootstrap pod 70%), shoda mezi třemi nezávislými datasety už se zdá být dobrým důvodem, proč tuto hypotézu brát vážně.
Konečně posledním výsledkem McCormacka a spol. v rámci pozemních ptáků, který stojí za zmínku, je pozice jestřábů. Autoři považují za důležité zdůraznit, že ultrakonzervované elementy silně podporují hypotézu polyfyletických "denních dravců" ("Falconiformes"), podle které nemají sokoli (Falconidae) se zbytkem skupiny (jestřábovití, orlovec, hadilov) nic společného. To nás už ale stěží překvapí: totéž vykryly už jednogenové rozbory z nultých let (Cracraft et al. 2004; Fain & Houde 2004) a dokonce i pravěké studie krátkých úseků mitochondriálního cytochromu b (Wink et al. 1998). Fylogenomika (Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Wang et al. 2011) a zvláště pak retropozony (Suh et al. 2011) potom s robustní podporou ukázaly, kam vlastně sokolové patří: vedle skupiny tvořené pěvci a papoušky. Jak připomíná Darren Naish, můžeme to dokonce podložit několika morfologickými synapomorfiemi, jako je dráp na palci u nohy větší oproti ostatním prstům nebo čepovec, kterému chybí processus costalis axis (tedy rudiment krčního žebra) a foramina transversaria (otvůrky po obou stranách obratle, protáhlé do podoby jakéhosi kanálku, kterým probíhají vertebrální tepna a doprovodné žíly – Baumel & Witmer 1993). Zdánlivě neintuitivní hypotéze nahrává i skutečnost, že první papoušci byli dravci: fosilní Messelastur, jeden z nejbazálnějších papoušků vůbec (Mayr 2011b), byl dokonce zprvu spojován se sovami a sokoly (Mayr 2005b). Samotné odkrytí polyfylie dravců proto zas tak nepřekvapí, i když je určitě příjemné vidět ji potvrzenou dalším datasetem. Zajímavější je ale to, že obě datové matice McCormacka a kolektivu (s 416 i 1541 UCEs) silně podporují sesterský vztah kondorů a jestřábů, který Hackett et al. (2008) dokázali podložit jen velmi slabě (bootstrap 61%) a Ericson (2012) vůbec (na jeho stromě měli jestřábi blíž k sovám a pikokoracianům, zatímco kondoři stáli zcela u báze Afroaves). Je proto hezké vidět aspoň tuto menší kontroverzi rozřešenou.
Výsledky bayesovské analýzy větší z obou datových matic McCormacka a spol., která obsahovala více genů i ptáků, ale byla kompletní jen z 87% (= sekvenční data z určitých lokusů nebyla pro některé taxony k dispozici). Je hned vidět, že podpora pro jednotlivé klady okamžitě výrazně vzrostla (víc uzlů je nyní zbarveno zeleně) a pouze jediný výsledek odporuje nejvíce věrohodnému stromu (jediný červený uzel), což je ale vykompenzováno jistou ztrátou rozlišení – autoři pro účely této ilustrace zkolabovali uzly, jejichž posteriorní pravděpodobnost byla na bayesovském stromě nižší než 0,9. "Landbirds" jsou pozemní ptáci (Afroaves + Australaves), "waterbirds" potom totéž, co Mayrovo Aequornithes (viz výše). (Modifikováno z McCormack et al. 2012: Figure 2)
6. Pozice pozemních ptáků
Najít sesterskou skupinu k celému kladu pozemních ptáků (Australaves + Afroaves) není jednoduché; blížíme se zde k prvním neoavianním divergencím vůbec. Ericson et al. (2006) nedokázali určit, zda mají pozemní ptáci blíž k dlouhokřídlým (Charadriiformes), nebo k vodním ptákům (Aequornithes); Hackett et al. (2008) ovšem podpořili sesterský vztah k první z těchto skupin. Ač poměrně robustní (bootstrap 81%), tento výsledek stál na jediném lokusu, totiž neoblíbeném 7. intronu β-fibrinogenu, všeobecně podezřívaném z fylogenetických nepravostí (tentýž lokus nám jako jediný vyhazuje i dělení Neoaves na Metaves a Coronaves, o němž ještě bude řeč níže). Odstraňme tento intron z analýzy, a seskupení pozemních ptáků a dlouhokřídlých ze stromu okamžitě zmizí (Hackett et al. 2008: Figure 1C). Ericson (2012) sice tento výsledek potvrdil přejetím původní datové matice Ericsona a spol. maximální věrohodností, což ovšem stěží můžeme pokládat za nezávislý test celé hypotézy – daná matice opět obsahovala 7. intron β-fibrinogenu. Po jeho vyřazení se navíc dlouhokřídlí přidruží k Aequornithes (Ericson et al. 2006: Figure ESM-6). Zajímavější už je, že Matzke et al. (2012) našli dva retropozony vlastní právě jen dlouhokřídlým a pozemním ptákům: 2 inzerce ale nejsou statisticky významné a dřívější retropozonová studie pro totéž seskupení žádnou podporu nenašla (Suh et al. 2011). Co na to McCormack et al. (2012)?
416-lokusový dataset zdánlivě tuto hypotézu podporuje. Problémem je, že do výsledného svazku se přidává ještě hoacin (viz bod 11.), celý klad je obsažen pouze na bayesovském, nikoli věrohodnostním stromě a jeho posteriorní pravděpodobnost je jen o trochu vyšší než 0,9 (což je vzhledem ke skutečnosti, že toto měřítko bývá obvykle poněkud nafouknuté, opravdu dost málo). Lépe podložený výsledek zde nabízí dataset o 1541 UCEs, podle nějž jsou sesterským taxonem pozemních ptáků Aequornithes. Tato hypotéza je podpořená o něco lépe (bootstrap pod 70%, ale posteriorní pravděpodobnost nad 0,95) a navíc se shoduje s tím, co ukazuje věrohodnostní analýza datasetu 416-genového. Ve starších studiích bychom pro ni ovšem podporu hledali marně: problematické je hlavně to, že dřívější rozbory nacházely celkem silnou podporu pro klad zahrnující krom Aequornithes ještě alespoň "jádro krátkokřídlých" (= jeřáby, chřástaly a příbuzné), dropy, kukačky a turaka – "Pelecanae". Existenci tohoto kladu dokonce s jistými drobnými modifikacemi podpořil ve své revizi i Mayr (2011a), jelikož cosi velmi podobného Pelecanae není ani z morfologického pohledu tak absurdní, jak by se mohlo na první pohled zdát. Všichni bazální zástupci Pelecanae od kukaček až po dropy jsou ale nyní ze svazku (Aequornithes + pozemní ptáci) vyloučeni. Uvidíme tedy, zda tento pozoruhodný výsledek přežije další analýzy.
7. Metaves reloaded (?)
Zapomeňme teď na myšáky, vzájemné vztahy pozemních a vodních ptáků i na notoricky neusaditelného hoacina: nejkontroverznější hypotézou v ornitologické systematice posledních deseti let je zcela jistě dělení Neoaves na Metaves a Coronaves. Objevilo se jako blesk z čistého nebe v analýze výše zmiňovaného 7. intron β-fibrinogenu (Fain & Houde 2004) a jeho implikace byly tak podivné, že – jak Peter Houde zmínil na Dinosaur Mailing Listu – autoři měli problém s jejím publikováním. Některé tradiční ptačí "řády" se zcela rozpadly a jejich zástupci skončili jak v Metaves, tak i Coronaves. Z žádného dalšího genu nic ani vzdáleně podobného nevylezlo a otestování monofylie Metaves mitochondriálními genomy skončilo totálním fiaskem (Morgan-Richards et al. 2008). Na druhou stranu má ale celá hypotéza značnou vysvětlovací sílu: v jediném novém kladu zde skončily snad všechny ptačí skupiny, jejichž zařazení bylo až dosud problematické; od mesitů přes plameňáky až po hoacina a stepokury. Navíc se ukázalo, že jakmile jednou β-fibrinogen do rozboru zahrneme, není snadné se Metaves a Coronaves zbavit: Ericson et al. (2006) obě skupiny odkryli i potom, co k tomuto lokusu přidali 4 další geny (které samy o sobě žádné podobné klady nepodporovaly); a dokonce i Hackett et al. (2008) přidáním 18 dalších lokusů docílili jen přesunu hoacina z Metaves do Coronaves a oslabení jejich bootstrapu. Otázkou tedy je, co je na jediném intronu jediného genu tak anomálního: je jediný, který daná seskupení odkrývá, ale ani velké počty dalších genů jeho signál nedokážou přebít. Může jít stejně tak o zdroj artefaktů jako o jedinečný klíč k rané neoavianní fylogenezi.
Způsob prezentace zvolený Fainem a Houde'em silnou fenotypovou konvergenci mezi Metaves (levý sloupec) a Coronaves (pravý sloupec) skutečně vtluče do hlavy. První řada obrázků zachycuje drobné nektarožrouty, druhá vysoce létavé ptáky živící se hmyzem, třetí noční dravce, čtvrtá zrnožravé ptáky upřednostňující pohyb po zemi, pátá potom taxony používající při námluvách rituální tance. (A) kolibřík; (B) strdimil; (C) rorýs; (D) vlaštovka; (E) lelkoun; (F) sova; (G) stepokur; (H) písečník; (I) kagu; (J) kladivouš. Pro autory jednotlivých snímků viz původní studii. (Modifikováno z Fain & Houde 2004: Figure 5)
Mayr (2011a) dal přednost první variantě. Ve svém "expertogramu", sestaveném podle vlastních morfologických a paleontologických poznatků stejně jako fylogenomických studií, některé metaviany přesunul do výše zmiňovaného (a daty McCormacka a spol. nepodpořeného) kladu zahrnujícího vodní ptáky, kukačky, turaka, jeřáby a spol. a dropy – dostali se sem mesiti, potápky s plameňáky (Mirandornithes) a faetoni. Pozicí měkkozobých (holubi a stepokuři) a kladů Strisores (svišťouni a k nim parafyletičtí "lelkové") a Eurypygae (kaguové plus slunatci) si už Mayr odhadnout netroufl. Poznamenal nicméně, že po Ericson et al. (2006: Figure ESM-6) po vyřazení β-fibrinogenu ze svého pětigenového datasetu odkryli měkkozobé jako sesterskou skupinu celého zbytku Neoaves. Glenn et al. (2008) tento výsledek podpořili aminokyselinovými daty z β-keratinů v ptačím peří; jejich studie nicméně nezahrnovala žádného stepokura.
Tuto hypotézu zdánlivě podporuje i menší z obou datasetů McCormacka a spol. – ovšem s jedním docela velkým háčkem. Na sesterské pozici vůči zbytku Neoaves zde stojí holubi (Columbidae) samotní, zatímco stepokuři (Pteroclidae) vklouzli do pozoruhodného kladu poměrně silně evokujícího Metaves (viz níže). Podpora pro toto uskupení je sice nedostatečná, ale bazální divergence holubů zas tak špatně podpořena není (posterior přes 0,95; bootstrap pod 70%; klad je dokonce – ač s velmi nízkou podporou – přítomen i na druhovém stromě, na němž přežily jen ty nejlépe podpořené skupiny). Ta ovšem zase odporuje mnoha přesvědčivým morfologickým znakům spojujícím holuby se stepokury (Mayr 2011a) i výsledkům dosavadní fylogenomiky (Ericson et al. 2006). Dokonce i Hackett et al. (2008) narušili monofylii tradičních měkkozobých pouze zahrnutím mesitů coby sesterské skupiny holubů, přičemž podle nedávného komentáře od spoluautora studie Johna Harshmana "the evidence for this is starting to look fairly decent". A skutečně – dosavadní data se zřejmě nemýlila. 1541 ultrakonzervovaných elementů nám už totiž holuby a stepokury dohromady zase dá, a to s poměrně robustní podporou. Sekvence od madagaskarských mesitů, dříve řazených do umělých "krátkokřídlých" ("Gruiformes"), jakéhosi odpadkového koše pro problematické linie moderních ptáků, McCormack a spol. neměli k dispozici, a Harshmanovo tvrzení tudíž nemohli otestovat.
Po zamítnutí jedné z nadějných alternativ (holubi jako sesterská skupina ke zbytku Neoaves) už můžeme přejít rovnou k tomu, jak si stojí hypotéza Metaves. Je dobré ujasnit si, v čem vlastně spočívá, což ovšem může být trochu problém: vyjmenovávat "tradiční složení skupiny" se příliš nehodí; datasety, které ji dokázaly odkrýt, byly přesně čtyři (Fain & Houde 2004; Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008; Paśko et al. 2011). Se jménem Metaves přišla první z nich, a to pro větev zahrnující potápky, plameňáky, faetony, mesity, holuby, stepokury, kaguy a slunatce, hoacina a Strisores (rorýsi, klechovití, kolibříci, lelčíkové, lelkovití a jejich příbuzní). Ericson et al. (2006) toto složení beze zbytku potvrdili, avšak v Hackett et al. (2008) se hoacin (Opisthocomus hoazin) přesunul z Metaves na nejbazálnější pozici v rámci Pelecanae. Sesterskou skupinou k Metaves má být klad zahrnující veškeré ostatní neoaviany, pojmenovaný Coronaves. Jeho monofylie už kupodivu tolik kontroverzí nevzbuzuje – jak podotkli Paśko et al. (2011), vždycky byla podpořená trochu lépe. Především ale koronaviani neprovokují systematiky tím, že by zde byl na malé ploše koncentrován velký počet extrémně odlišných morfologií, což už se o Metaves říct nedá: mezi pouhými 900 "druhy" zde najdeme vše od drobných nektarivorů (kolibříci) přes filtrátory vody (plameňáci) až po faetony, vynikající letce, lovící ryby prudkým náletem na mořskou hladinu.
Začneme-li opět s 416-lokusovým datasetem, na bayesovském stromě vidíme seskupení, které se Metaves velice podobá. Všechny "metavianní" taxony, od nichž McCormack et al. (2012) osekvenovali UCEs (potápka, plameňák, slunatec, faeton, stepokur, kolibřík a potu) až na jeden (holuba) jsou zde zastoupeni, překvapivě ale v kombinaci se třemi někdejšími koronaviany: turaky, dropy a trubačem coby zástupcem "jádra krátkokřídlých". Očekával se spíše opačný vývoj: Mayr (2011a) např. odhadoval, že někteří metaviani – mesiti, potápky s plameňáky (Mirandornithes) a faetoni – vklouznou do Pelecanae. Přesun hoacina v Hackett et al. (2008) mohl být v tomto směru první vlaštovkou (no pun intended). Otázkou je, zda se nakonec zástupci Metaves a Pelecanae nerozpadnou do kladů, které budou těmto skupinám natolik nepodobné, že přestane mít smysl řešit, který se přesunul do které. Aby ale zchladili rostoucí nadšení, že dichotomie Metaves/Coronaves přece jen může být blízko pravdě (a to vlastně docela hodně blízko), upozorňují McCormack et al. (2012), že věrohodnostní ani druhový strom nic podobného neukazují. Spekulují dokonce o tom, zda by výskyt "metavianům" podobného kladu výhradně na bayesovském stromě nemohl být způsoben vyšší náchylností bayesovských metod k přitahování dlouhých větví. Kolaczkowski & Thornton (2009), které v této souvislosti citují, ale publikovali ke svému článku několik korekcí, v nichž se ukázalo, že původní závěry byly dosti přehnané.
Na bayesovském stromě odhadnutém z 1541 UCEs kupodivu tentýž klad zůstal, ačkoli podpora pro něj klesla do pásma téměř naprosté irelevance (posterior pod 0,9; opětovná absence na věrohodnostním a druhovém stromě). Vklouzli do něj ještě holubi a naopak z něj vypadli trubači, což jej ještě více přibližuje původní hypotéze Metaves. Změn doznala i jeho vnitřní topologie, která nyní podstatně více připomíná výsledky dřívějších fylogenomických analýz. Znovu se zde zformoval bizarní klad tvořený mirandornity (potápky + plameňáci) a měkkozobými (holubi + stepokuři), který odkryli už Hackett et al. (2008) – těm se do něj ale vetřeli ještě mesiti a faetoni. Právě chování mesitů v molekulárních analýzách bych považoval za nejsilnější důkaz pro existenci dané skupiny. Tito ptáci totiž v dosavadní fylogenomice zaujímali buďto pozici sesterskou k mirandornitům (Ericson et al. 2006; viz také Mayr 2011a), nebo v rámci měkkozobých (Hackett et al. 2008). Blízká příbuznost obou linií by tyto zdánlivě rozporné výsledky uvedla do souladu.
Postoj ultrakonzervovaných elementů k Metaves bych tedy shrnul s velice opatrným nadšením. Ukazuje se, že něco extrémně podobného této skupině by mohlo být extrémně blízko pravdě, a to vůbec poprvé bez β-fibrinogenu. Nad tímto výsledkem však stále visí riziko přitahování dlouhých větví: mesiti, mirandorniti, faetoni, stepokuři a Eurypygae jsou přesně ty drobné, na žijící zástupce extrémně chudé skupiny, které se od svých nejbližších žijících příbuzných (ať už je jimi kdokoli) oddělily nejspíš už ve svrchní křídě a dlouhé větve tak na molekulárně-fylogenetických stromech vytvářejí zákonitě. Další analýzy jsou zde jistě nutností, a je otázkou, zda se celý problém podaří rozřešit ještě před nástupem těch celogenomových.
8. První divergence v Neoaves
Skoro vše důležité k tomuto problému už bylo řečeno výše. Sesterský vztah mezi holuby a všemi ostatními neoavianními ptáky, odkrytý 416-lokusovým datasetem, zaniká s přidáním dalších UCEs a nemůžeme mu tedy příliš věřit. Bayesovský strom sestavený z rozšířeného datasetu odkrývá skupinu velmi podobnou Metaves, ale to, že podporuje dichotomii Metaves/Coronaves, o něm říci nemůžeme. "Metavianům podobný klad" na něm totiž není sesterským taxonem k celému zbytku Neoaves – tím jsou trubačovití (Psophiidae), což, vezmeme-li v úvahu nekompletní taxon sampling, nejspíš můžeme vztáhnout na celé "jádro krátkokřídlých" (jeřáby, kurlany, trubače a chřástaly včetně chřástalců). Výsledek je to zvláštní a, pokud vím, zcela nový. Zůstávám k němu spíše skeptický; evidence pro blízkou příbuznost jádra krátkokřídlých k Aequornithes se zdá být docela silná (Hackett et al. 2008; Mayr 2011a). Na druhou stranu má u McCormacka a spol. klad zahrnující všechny neoaviany mimo trubačů poměrně slušnou podporu (je přítomen i na věrohodnostním stromě, i když s méně než 70% bootstrapem) – silnější, než např. výše rozebíraný "metavianům podobný klad" nebo některé jeho vnitřní uzly.
Holub nikobarský (Caloenas nicobarica) a trubač agami (Psophia crepitans). Minimálně jeden z nich není zástupcem nejbazálnějšího kladu v Neoaves. (Modifikováno z autorovy vlastní fotografie a upload.wikimedia.org)
9. Turakové plus dropi
McCormack a spol. sice nevěří, že jejich dataset je schopen rozhodnout, zda metavianní ptáci skutečně formují monofyletickou skupinu, ale upozorňují, že přináší robustní podporu pro některé nové, mělké příbuzenské vztahy mezi jejich zástupci. Jedním z nich – a asi tím nejpřekvapivějším – je sesterský vztah mezi dropy (Otididae) a turaky (Musophagidae). Zatímco turakové jsou stromoví ptáci s výskytem v subsaharské Africe, živící se převážně plody – má oblíbená encyklopedie (BirdLife International 2007) se mě dokonce snaží přesvědčit, že turakovi velkému (Corythaeola cristata) se někdy říká "modrý banánožrout" –, dropi jsou velcí, pozemní všežravci ze stepí Starého světa. Nejznámějším zástupcem je pravděpodobně drop kori (Ardeotis kori), proslulý coby nejtěžší žijící létavý pták – hmotnost až přes 20 kg jej skutečně řadí do zcela jiné kategorie než turaka. Dosavadní fylogenomika obě skupiny řadila do Pelecanae, ale nikdy tak blízko sobě navzájem. Ericson et al. (2006) nebyli schopni vztahy obou skupin v rámci Pelecanae rozřešit, Hackett et al. (2008) s extrémně slabou podporou odkryli turaka vedle Aequornithes a dropy coby sesterskou skupinu kladu (kukačky + "jádro krátkokřídlých") a Ericsonovi (2012) dropi vyšli jako sesterský taxon k seskupení (turakové + jádro krátkokřídlých).
Zatímco 416-lokusový dataset nám toho o příbuzenství obou skupin rovněž říká jen velmi málo (turakové v něm formují sesterskou skupinu ke Strisores, ale jen na bayesovském stromě; výsledná skupina se nachází v polytomii s dropy a trubačovitými, tedy "jádrem krátkokřídlých"), ten rozšířený už sesterský vztah turaků a dropů odkrývá s velmi vysokou podporou (posteriorní pravděpodobnost přes 0,95; bootstrap nad 70%). McCormack s kolektivem jsou ale sympaticky opatrní a i tento robustní výsledek berou jen jako podporu pro hypotézu, že obě skupiny k sobě mají blíž, než se dříve myslelo – sami upozorňují na to, že jejich studie nezahrnuje kukačky, které mohou být skutečným sesterským taxonem turaků. Takové příbuzenství skutečně vykrývají největší morfologické analýzy (Mayr & Clarke 2003; Livezey & Zusi 2007) a podporují jej i pozoruhodné detaily typu "bodcovitých" výběžků na háčcích (hamuli/hooklets) distálních paprsků (radii/barbules) křídelního peří. Mayr (2011a) uvádí, že kromě turaků a kukaček tyto struktury najdeme i u hoacina, mesitů a holubů, což je zvláště ve světle výsledků McCormacka a spol. pozoruhodné – mohlo by jít o první morfologickou synapomorfii pro skupinu podobnou Metaves (viz však Fain & Houde 2004).
"Modrý banánožrout" turako velký (Corythaeola cristata) a drop kori (Ardeotis kori) – podle ultrakonzervovaných elementů jsou si daleko blíže příbuzní, než bychom z jejich morfologie hádali; přestože úplně nejblíž jsou turakům z žijících ptáků zřejmě kukačky. (Modifikováno z birdswehaveseen.blogspot.com a upload.wikimedia.org)
10. Slunatec plus faetoni
Druhým překvapivým příbuzenským vztahem, který ultrakonzervované elementy odkrývají blízko špiček stromu, je sesterský vztah mezi slunatcem (Eurypyga) a faetony (Phaethontidae). Bootstrapová podpora pro klad složený z faetonů a slunatce na věrohodnostním stromě sestaveném z 1541 UCEs je skutečně působivá: 96%. (Nezapomeňme, že bootstrap je coby měřítko podpory konzervativní [Erixon et al. 2003], takže 96% bootstrap znamená daleko robustnější výsledek než srovnatelná posteriorní pravděpodobnost.) Ač byly oba taxony předchozími studiemi řazeny do Metaves (Fain & Houde 2004; Ericson et al. 2006; Hackett et al. 2008), ještě nikdy se nedostaly tak blízko sobě navzájem. Podle Hackett et al. (2008) byl slunatec spolu s kagu (Rhynochetos), svým sesterským taxonem, nejbližším žijícím příbuzným Strisores, zatímco faetonovití měli mít blízko ke skupině zahrnující mesity, holuby a stepokury. McCormack a spol. odkrývají se svým 1541-genovým datasetem téměř to samé, pouze se jim do kladu (kagu + slunatec) vetřeli faetoni. Výsledná skupina je opět sesterská ke Strisores.
McCormack a spol. do své studie nezahrnuli kagua (Rhynochetos), takže nemohli jeho pozici otestovat, ale není příliš těžké odhadnout, kam by tento taxon vklouzl. Monofylie skupiny složené z kagua a slunatce (nazývané Eurypygae nebo Eurypygiformes) byla rozeznána už v 19. století a odkryla ji snad každá morfologická i molekulární analýza, která oba taxony samplovala (viz Mayr 2011a). Autoři nové analýzy se dokonce na sesterský vztah kagua se slunatcem přímo spoléhají v obhajobě své nové hypotézy o postavení faetonů. Právě novokaledonský kagu (coby velmi špatný letec s červeným zobákem a bledým peřím) podle nich ideálně překlenuje mezeru mezi jiho- a středo-americkým slunatcem (převážně pozemním obyvatelem nížinných a úpatních lesů blízko vodních toků) a pelagickými tropickými faetony (charakteristickými bílým peřím, červeným zobákem, dlouhými rýdováky a krátkýma nohama, díky nimž se po zemi pohybují jen neobratně). Musím ale přiznat, že důraz autorů na popis zobáku a peři mě v této pasáži trochu mate (a znepokojuje). Diskutovat o barvě peří jako o možném pojítku pro skupinu s extrémní ekologickou a morfologickou disparitou by přece nemohli myslet vážně ani molekulární biologové – nebo snad ano?
Další neočekávání příbuzní: slunatec nádherný (Eurypyga helias) a faeton červenozobý (Phaethon aethereus). Do tohoto příbuzenského svazku téměř jistě spadá ještě novokaledonský kagu. (Modifikováno z neotropical.birds.cornell.edu a birdsasart.com)
11. Hoacin
Neotropický hoacin chocholatý (Opisthocomus hoazin) je svou absencí jasného příbuzenského vztahu ke kterékoli další podskupině žijících ptáků přímo proslulý – Livezey & Zusi (2007: Table 1) ukazují, že od počátků ornitologické systematiky už byl hoacin spojován s tinamami, "běžci", hrabavými, holuby, stepokury, kukačkami, dropy, chřástaly a myšáky. K rozřešení hoacinova postavení v rámci moderních ptáků samozřejmě příliš nepřispěla pozornost, která byla věnována skutečnosti, že na prvním a druhém prstu jeho křídel najdeme výrazné drápy. Ty jsou ve skutečnosti u ptáků velmi běžné (o čemž jsem už na blogu psal) a chybí v podstatě jen pěvcům a některým dalším pozemním ptákům, i když výjimky se najdou i tam (Fisher 1940; Baumel 1953; Nero 1957) – určitě není důvod pokládat je za důkaz toho, že je hoacin nějak mimořádně primitivní (Livezey & Zusi 2007). Jistou fylogenetickou informaci však nakonec přece jen nést mohou: mladí hoacinové jsou mezi žijícími ptáky téměř výjimeční v tom, že křídelní drápy k něčemu využívají – konkrétně ke šplhání po větvích. Důležité je zde ale právě slovo "téměř": úplně totéž totiž dělají i ptáčata afrických turaků (viz výše), které do blízkosti hoacinů klade i morfologie (Livezey & Zusi 2007; Mayr 2011a) a malé vzorky sekvenčních dat (Hughes & Baker 1999).
Nemístný důraz kladený na hoacinovy drápy je nejen zavádějící, ale i nefér. Zcela pod ním totiž zanikají pozoruhodné znaky, v nichž je hoacin unikátní doopravdy. Tím prvním je jeho listožravost – způsob obživy, který sám o sobě není mezi ptáky právě běžný – a s ním související předžaludeční fermentace, pozoruhodná konvergence se savčími přežvýkavci, která se výrazně podepisuje na hoacinově anatomii. K fermentaci dochází ve voleti, které je svou funkcí analogické přežvýkavčímu bachoru; u hoacina tento orgán přerůstá samotný žaludek. Obrovskému voleti musely uvolnit prostor jak létací svaly, tak i prsní kost, která má u hoacina charakteristický tvar se zploštělým zadním okrajem (Hughes & Baker 1999) a v přední polovině jí zcela chybí kýl, což znamená slabé letové schopnosti. Hoacinovo sternum v těchto rysech dokonce velice připomíná druhohorní enantiornity (Kaiser 2007; viz i článek Darrena Naishe). A zatímco na hoacinových křídelních drápech nic zvláštního není, prohlídka jeho rukou by přece jen odhalila cosi, čím je tento pták v rámci Neornithes zcela jedinečný (a co by šlo velmi dobře interpretovat jako skutečný atavizmus) – mimořádně opožděnou ontogenezi karpometakarpu. Tento element, zvaný též záprstí, se v ptačí evoluci poprvé objevil u konfuciusornitidů a sestává ze srostlých distálních zápěstních kůstek a záprstních kostí. Hoacin se ovšem líhne s třemi oddělenými, funkčními prsty – do podivné beztvaré masy, kterou je karpometakarpus moderních ptáků, příslušné kosti srostou až v průběhu života (zároveň s tím se většina hoacinů zbaví i svých "drápů", tedy rohovinnových pochviček nad unguály).
Hoacin chocholatý (Opisthocomus hoazin), pták, o kterém se mluví – a z mnoha dobrých důvodů. Znát jeho fylogenetickou pozici by se hodilo i pro lepší pochopení dalších aspektů jeho biologie. (Zdroj: allbirdsoftheworld.wikia.com)
Výše uvedenou exkurzi do hoacinovy biologie lze brát jednak jako odpočinek od neustálého přívalu fylogenetických hypotéz, jednak jako ukázku toho, že pro podobně odvozený taxon se blízcí příbuzní skutečně nehledají snadno – aspoň pomocí fenotypických znaků. Vrátíme-li se zpět k molekulární fylogenetice, uvidíme, že situace se v posledních deseti letech dost zlepšila. Analýzy založené na krátkých úsecích mtDNA a jaderných genů spolehlivě ukázaly aspoň to, že jde o neoaviana (což vylučuje jak bizarní návrhy o příbuzenství s tinamami či "běžci", tak i historicky oblíbenou hypotézu jeho blízkosti hrabavým), dál už ale jeho pozici nerozřešily: nejprve se hoacin v souladu s morfologickými fylogenezemi dostal do blízkosti turaků a kukaček (Hughes & Baker 1999), aby jej další data a obsáhlejší taxon sampling od obou skupin odtrhly a umístily do slabě podpořeného sesterského vztahu s holuby (Sorenson et al. 2003). Rozeznání pozemních ptáků fylogenomikou (Ericson et al. 2006) a silná podpora, kterou pro jejich monofylii snesly další studie (Hackett et al. 2008; Suh et al. 2011; Wang et al. 2011; Faircloth et al. 2012; McCormack et al. 2012), nám umožňuje hoacina s klidem vyloučit i z tohoto velkého uskupení. Dále je celkem evidentní, že nespadá dovnitř dlouhokřídlých (nejde o potomka posledního společného předka bahňáků a racků). Jak podotkl John Harshman na Tetrapod Zoology, tím nám zbyly už jen dvě velké skupiny, kam by hoacin mohl patřit: Pelecanae a Metaves. Jak je navíc patrné z výše uvedeného, obě skupiny nám začínají tak nějak splývat. Právě uvnitř Pelecanae odkryli hoacina Hackett et al. (2008) – opět v blízkosti kukaček a turaků. Nejmenší monofyletická skupina zahrnující všechny tři taxony by sice podle výsledného stromu musela obsáhnout i Aequornithes, jádro krátkokřídlých a dropy, avšak vzájemné vztahy těchto taxonů nezískaly příliš robustní podporu a lze tedy říct přinejmenším to, že Hackett et al. (2008) blízké příbuzenství hoacinů, turak a kukaček přinejmenším nezamítli. Co na to McCormack a spol.?
Ti v případě hoacina přicházejí s opravdovým překvapením. Navrhují totiž hypotézu úplně novou (jako by těch starých nebylo dost), podle níž by byl jihoamerický listožrout sesterským taxonem dlouhokřídlých. Tento svazek získal vysokou podporu na bayesovském stromě sestaveném z 416 UCEs, ale věrohodnostní ani druhový strom nic podobného neodkryly a v širším datasetu se podpora pro daný klad vytratila už i v bayesovské analýze, zanechávajíc tak hoacina v jedné velké polytomii na samé bázi Neoaves. Sami autoři uvádějí, že k rozřešení příbuzenských vztahů hoacina bude určitě potřeba především daleko důkladnější taxon sampling; svůj výsledek pak považují za zajímavou hypotézu k dalšímu zvážení.
12. Přijetí nové studie
Studie Hackett et al. (2008) znamenala pro ptačí fylogenetiku obrovský úspěch – jejich strom byl reprodukován v takovém množství dalších prací a využit k tolika dalším studiím (viz Hieronymus & Witmer 2010 nebo třeba celé Living Dinosaurs), že jej lze srovnávat snad jen s legendární "The Tapestry" od Sibleyho a Ahlquista. Ta si své jméno vydobyla především důkladným taxon samplingem, ale metody použité k její rekonstrukci (DNA-DNA hybridizace a distanční analýzy) byly zastaralé už v době, kdy studie vyšla. Hackett a spol. tento problém neměli. Kombinace metod použitá v jejich studii sice byla vzhledem k roku publikace trochu neobvyklá, autoři v tom ale byli nevinně – pokus o bayesovskou analýzu shodil příslušný software dokonce i na použitém superpočítačovém klastru a metody pro statisticky konzistentní odhadování druhových stromů ještě nebyly na světě. (Ironické a trochu znepokojivé je, že – jak podotkl Brian Moore na blogu dechronization – Markovovy řetězce nedotažené bayesovské analýzy se ke konci pohybovaly v oblastech s podstatně vyšší věrohodností, než kterou má "nejvěrohodnější" strom nakonec otištěný ve studii. To, co nám nakonec Hackett a spol. předložili, není optimální interpretace jejich dat.) Navíc je stromek z Hackett a spol. pěkně rozřešený, tzn. bez polytomií, a následující studie potvrdily jeho nejkontroverznější části typu Psittacopasserae, Eufalconimorphae (Suh et al. 2011; Wang et al. 2011) a polyfylie "běžců" (Smith et al. 2012; Haddrath & Baker 2012).
Mají McCormack a spol. šanci na podobný úspěch? Stane se jejich studie na nadcházející léta standardním referenčním textem pro ptačí fylogenetiku? Pochybuji. Důvodem nejsou pochyby o jejich konkrétních závěrech, přestože je dobré podotknout, že některé z nich odporují nadějným hypotézám, na nichž už začínala panovat jistá velice opatrná shoda – do této kategorie spadá třeba zamítnutí sesterského vztahu dlouhokřídlých a pozemních ptáků či monofylie Pelecanae. Daleko větším problémem je ale celková prezentace výsledků: autoři nenabízí jediný a hezky rozřešený stromek, jako to udělali Hackett et al. (2008), ale větší množství fylogramů s polytomiemi. To určitě není špatně – takový výstup práce je alespoň poctivý a nevyvolává iluzi shody tam, kde žádná není. Autoři přející si zakomponovat do svých prací výsledky McCormacka a kolektivu by si ale museli vybírat, který z odlišných stromů použijí, což samo o sobě obnáší zodpovězení některých netriviálních otázek: tak např., je spolehlivější vyvozovat strom z kompletnějších dat, nebo vyhrává čistě množství?
Druhový strom odhadnutý z 416 ultrakonzervovaných lokusů metodou STAR. Již na první pohled je zřejmé, že podpora jednotlivých skupin i rozlišení stromu je daleko nižší než u bayesovských analýz zřetězených sekvencí přetisknutých výše. Čísla na jednotlivých větvích udávají bootstrapové hodnoty vyšší než 40%, zjištěné z 1000 replikátů. Výsledky metody MP-EST byly podobně špatně rozřešené. (Zdroj: McCormack et al. 2012: Figure 3)
13. Budoucnost ptačí fylogenetiky
Paleontologové své studie většinou uzavírají s nějakou variací na téma "chtělo by to víc fosilií". Jsou molekulární fylogenetici originálnější? Kterými směry by se podle McCormacka a spoluautorů měl ubírat výzkum vzájemných příbuzenských vztahů neoavianních ptáků?
V první řadě autoři považují za výhodnější shromažďování více dat (delších sekvencí) před sestavováním dokonale kompletních datasetů (v nichž je každý taxon zastoupen 100% délky alignmentu). Poukazují na to, jak s přechodem od 416 k 1541 ultrakonzervovaným elementům vzrostlo rozlišení věrohodnostního stromu i jeho shoda se stromem bayesovským. Stejně tak nový výzkum na empirických datasetech ukazuje, že přinejmenším pro analýzy s chudým taxon samplingem mohou být analýzy větších a méně kompletních datových matic skutečně vhodnější (Wiens & Tiu 2012). Rovněž se zastávají analýz zřetězených (concatenated) sekvenčních dat, které jsou z důvodů popsaných v bodě 2. často považovány za nespolehlivé ve srovnání s odhady druhových stromů z individuálních stromů genových. UCEs, které McCormack a spol. použili, byly většinou hodně krátké (průměrná délka 397 párů bází), a tak žádný z nich nenesl příliš silný signál. Jejich genové stromy tedy byly slabě podložené či úplně nerozřešené, a je zjevné, že z analýzy nakrmené takovými stromy nemůže vzejít dobře rozřešený strom druhový. (Autoři podotýkají, že metody odhadující genové stromy a druhový strom společně přímo ze sekvenčních dat by tento problém možná mohly zmírnit, ty jsou ale pro podobně velké datasety příliš výpočetně náročné.) Zřetězení genů tento problém obchází – signál se sesčítá a nasbíráme dostatek znaků i pro rozřešení velmi krátkých větví; samozřejmě ale stále za cenu všech výše uvedených rizik. McCormack si to uvědomují, a proto doporučují soustředit se spíš na zvyšování délky sekvenovaných lokusů – jeden z autorů už dokázal izolovat UCEs s průměrnou délkou 600 až 700 párů bází, a studie ukazují, že rozlišení druhového stromu se skutečně úměrně tomu zvýšilo.
Pokud jde o fylogenetické metody, autoři nemají jednoznačné preference. Poukazují na mnoho záporů bayesovské inference, především pak na údajnou zvýšenou náchylnost k přitahování dlouhých větví (viz ale výše) – obávají se, že právě díky ní jim na bayesovských stromech vyšlo ono seskupení tolik podobné "Metaves", složené vesměs z linií s mála žijícími zástupci, od nichž se táhnou dlouhé větve až k bázi Neoaves. Své vady má ale i věrohodnost: věrohodnostní bootstrap je coby měřítko podpory příliš konzervativní (viz bod 10.), což McCormack a spol. zaznamenali u 416-lokusového datasetu. Uzly, kterým bayesovský strom dával vysokou posteriorní pravděpodobnost, byly na věrohodnostním stromě podpořeny jen velmi slabě; jejich bootstrap ale prudce stoupl po rozšíření datasetu. Bayesovská analýza tedy rozeznala dobře podložené skupiny s menším množstvím dat než věrohodnost.
Sladit výsledky různých metod fylogenetické analýzy je podle autorů jednou z velkých výzev, které má ptačí fylogenetika stále před sebou; obecně jsou ale optimističtí. Cílené sekvenování ultrakonzervovaných elementů je podle nich velmi slibným přístupem, který bude možné do budoucna rozšířit na analýzy stovek taxonů, tisíců genů a daleko delších sekvencí okolo jednotlivých UCEs. Pokud vedle sebe budeme analyzovat modelové a nonmodelové taxony, jistě přijdou vhod i alternativní způsoby získávání UCEs, než je cílené sekvenování: přímo se nabízí použít knihovny sestavené z kompletně přečtených genomů. Při analýzách nonmodelových druhů je rovněž výhodou možnost sloučit data z ultrakonzervovaných elementů s jinými druhy molekulárních markerů. A přestože UCEs mohou být pro další pokroky v objasňování neoavianní fylogeneze zcela zásadní, neměli bychom sázet vše jen na jednu kartu. Krom hromadění stále větších a větších vzorků sekvenčních dat, umožněném klesající cenou sekvenování, a jejich analyzování stále sofistikovanějšími metodami, umožněném rostoucím výkonem počítačů; čeká studium ptačích příbuzenských vztahů také na celogenomovou analýzou mnoha stovek vzácných genomových změn včetně indelů, retropozonů a mikroRNA.
Zdroje:
- https://plus.google.com/117379634473762641102/posts/MqYpcryfxcX
- http://jboyd.net/Taxo/tree_aves.html
- http://scienceblogs.com/tetrapodzoology/2009/06/24/bucorvids-revisited/
- http://blogs.scientificamerican.com/tetrapod-zoology/.../raptor-vs-raptor/#comment-2582
- http://dml.cmnh.org/2004Dec/msg00148.html
- http://blogs.scientificamerican.com/tetrapod-zoology/.../bird-chapter-in...#comment-3672
- http://scienceblogs.com/tetrapodzoology/2010/06/28/gary-kaisers-the-inner-bird/
- http://blogs.scientificamerican.com/tetrapod-zoology/.../hoatzins-in-africa/#comment-664
- http://treethinkers.blogspot.com/2009/04/when-we-fail-mrbayes.html
- Avise JC, Robinson TJ 2008 Hemiplasy: a new term in the lexicon of phylogenetics. Syst Biol 57(3): 503–7
- Baumel JJ 1953 Wing claws in the White-necked Crow (Corvus leucognaphalus). Auk 70(3): 373
- Baumel JJ, Witmer LM 1993 Osteologia. 45–132 in Baumel JJ, King AS, Breazile JE, Evans HE, Vanden Berge JC, eds. Handbook of avian anatomy: nomina anatomica avium, 2nd ed. Cambridge, MA: Pub Nuttall Orthith Club 23
- Berman SL, Raikow RJ 1982 The hindlimb musculature of the mousebirds (Coliiformes). Auk 99(1): 41–57
- BirdLife International 2007[2008] [Ptáci: Obrazová encyklopedie ptáků celého světa.] Prague: Euromedia Group [Transl. by Kholová H]
- Chojnowski JL, Kimball RT, Braun EL 2008 Introns outperform exons in analyses of basal avian phylogeny using clathrin heavy chain genes. Gene 410: 89–96
- Chubb AL 2004 New nuclear evidence for the oldest divergence among neognath birds: the phylogenetic utility of ZENK (i). Mol Phylogenet Evol 30(1): 140–51
- Clements JF, Schulenberg TS, Iliff MJ, Sullivan BL, Wood CL, Roberson D 2012 The eBird/Clements checklist of birds of the world: Version 6.7. Accessed October 19, 2012 at http://www.birds.cornell.edu/clementschecklist/corrections/Oct2012
- Cracraft J, Barker FK, Braun M, Harshman J, Dyke GJ, Feinstein J, Stanley S, Cibois A, Schikler P, Beresford P, García-Moreno J, Sorenson MD, Yuri T, Mindell DP 2004 Phylogenetic relationships among modern birds (Neornithes): toward an avian tree of life. 468–89 in Cracraft J, Donoghue M, eds. Assembling the Tree of Life. New York: Oxford Univ Press
- Crawford NG, Faircloth BC, McCormack JE, Brumfield RT, Winker K, Glenn TC 2012 More than 1000 ultraconserved elements provide evidence that turtles are the sister group of archosaurs. Biol Lett 8(5): 783–6
- Degnan JH, Rosenberg NA 2006 Discordance of species trees with their most likely gene trees. PLoS Genetics 2(5): e68
- Ericson PGP 2012 Evolution of terrestrial birds in three continents: biogeography and parallel radiations. J Biogeogr 39(5): 813–24
- Ericson PGP, Anderson CL, Britton T, Elżanowski A, Johansson US, Källersjö M, Ohlson JI, Parsons TJ, Zuccon D, Mayr G 2006 Diversification of Neoaves: Integration of molecular sequence data and fossils. Biol Lett 2(4): 543–7
- Erixon P, Svennblad B, Britton T, Oxelman B 2003 Reliability of Bayesian posterior probabilities and bootstrap frequencies in phylogenetics. Syst Biol 52(5): 665–73
- Fain MG, Houde P 2004 Parallel radiations in the primary clades of birds. Evolution 58(11): 2558–73
- Faircloth BC, McCormack JE, Crawford NG, Harvey MG, Brumfield RT, Glenn TC 2012 Ultraconserved elements anchor thousands of genetic markers for target enrichment spanning multiple evolutionary timescales. Syst Biol 61(5): 717–26
- Fisher HI 1940 The occurrence of vestigial claws on the wings of birds. Amer Midl Nat 23: 234–43
- Glenn TC, French JO, Heincelman TJ, Jones KL, Sawyer RH 2008 Evolutionary relationships among copies of feather beta (β) keratin genes from several avian orders. Integr Comp Biol 48(4): 463–75
- Hackett SJ, Kimball RT, Reddy S, Bowie RC, Braun EL, Braun MJ, Chojnowski JL, Cox WA, Han K, Harshman J, Huddleston CJ, Marks BD, Miglia KJ, Moore WS, Sheldon FH, Steadman DW, Witt CC, Yuri T 2008 A phylogenomic study of birds reveals their evolutionary history. Science 320(5884): 1763–8
- Haddrath O, Baker AJ 2012 Multiple nuclear genes and retroposons support vicariance and dispersal of the palaeognaths, and an Early Cretaceous origin of modern birds. Proc R Soc B 279(1747): 4617–25
- Hieronymus TL, Witmer LM 2010 Homology and evolution of avian compound rhamphothecae. Auk 127(3): 590–604
- Hughes JM, Baker AJ 1999 Phylogenetic relationships of the enigmatic Hoatzin (Opisthocomus hoazin) resolved using mitochondrial and nuclear gene sequences. Mol Biol Evol 16(9): 1300–7
- Kaiser GW 2007 The Inner Bird: Anatomy and Evolution. Vancouver: Univ of British Columbia
- Kolaczkowski B, Thornton JW 2009 Long-branch attraction bias and inconsistency in Bayesian phylogenetics. PLoS ONE 4(12): e7891
- Liu L, Yu L, Pearl DK, Edwards SV 2009 Estimating species phylogenies using coalescence times among sequences. Syst Biol 58(5): 468–77
Liu L, Yu L, Edwards SV 2010 A maximum pseudo-likelihood approach for estimating species trees under the coalescent model. BMC Evol Biol 10: 302 - Livezey BC, Zusi RL 2007 Higher-order phylogeny of modern birds (Theropoda, Aves: Neornithes) based on comparative anatomy: II. – Analysis and discussion. Zool J Linn Soc 149(1): 1–95
- Manegold A 2005 Zur Phylogenie und Evolution der ,,Racken‘‘-, Specht- und Sperlingsvögel (,,Coraciiformes‘‘, Piciformes und Passeriformes: Aves). Berlin: dissertation.de. 274 p
- Matzke A, Churnakov G, Berkes P, Arms EM, Kelsey D, Brosius J, Kriegs JO, Schmitz J 2012 Retroposon insertion patterns of neoavian birds: strong evidence for an extensive incomplete lineage sorting era. Mol Biol Evol 29(6): 1497–501
- Mayr G 2005a New specimens of the Eocene Messelirrisoridae (Aves: Bucerotes), with comments on the preservation of uropygial gland waxes in fossil birds from Messel and the phylogenetic affinities of Bucerotes. Paläontol Z 80(4): 390–405
- Mayr G 2005b The postcranial osteology and phylogenetic position of the middle Eocene Messelastur gratulator Peters, 1994—a morphological link between owls (Strigiformes) and falconiform birds? J Vert Paleont 25(3): 635–45
- Mayr G 2011a Metaves, Mirandornithes, Strisores, and other novelties – a critical review of the higher-level phylogeny of neornithine birds. J Zool Syst Evol Res 49(1): 58–76
- Mayr G 2011b Well-preserved new skeleton of the Middle Eocene Messelastur substantiates sister group relationship between Messelasturidae and Halcyornithidae (Aves, ?Pan-Psittaciformes). J Syst Palaeont 9(1): 159–71
- Mayr G, Clarke JA 2003 The deep divergences of neornithine birds: a phylogenetic analysis of morphological characters. Cladistics 19: 527–53
- McCormack JE, Harvey MG, Faircloth BC, Crawford NG, Glenn TC, Brumfield RT 2012 A phylogeny of birds based on over 1,500 loci collected by target enrichment and high-throughput sequencing. arXiv:1210.1604
- McKitrick MC 1991 Phylogenetic analysis of avian hindlimb musculature. Misc Pub Mus Zool Univ Mich 179: 1–85
- Morgan-Richards M, Trewick SA, Bartosch-Härlid A, Kardailsky O, Phillips MJ, McLenachan PA, Penny D 2008 Bird evolution: testing the Metaves clade with six new mitochondrial genomes. BMC Evol Biol 8: 20
- Nabholz B, Kunstner A, Wang R, Jarvis ED, Ellegren H 2011 Dynamic evolution of base composition: causes and consequences in avian phylogenomics. Mol Biol Evol 28(8): 2197–210
- Nero RW 1957 Vestigial claws on the wings of a Red-winged blackbird. Auk 74(2): 262
- Olson SL 1985 The fossil record of birds. 79–238 in Farner DS, King JR, Parkes KC, eds. Avian biology, Vol. 8. New York: Acad Press
- Paśko Ł, Ericson PGP, Elżanowski A 2011 Phylogenetic utility and evolution of indels: a study in neognathous birds. Mol Phylogenet Evol 61(3): 760–71
- Poe S, Chubb AL 2004 Birds in a bush: five genes indicate explosive evolution of avian orders. Evolution 58(2): 404–15
- Siepel A, Bejerano G, Pedersen JS, Hinrichs AS, Hou M, Rosenbloom K, Clawson H, Spieth J, Hillier LDW, Richards S, Weinstock GM, Wilson RK, Gibbs RA, Kent WJ, Miller W, Haussler D 2005 Evolutionarily conserved elements in vertebrate, insect, worm, and yeast genomes. Genome Res 15(8): 1034–50
- Smith JV, Braun EL, Kimball RT 2012 Ratite non-monophyly: Independent evidence from 40 novel loci. Syst Biol doi:10.1093/sysbio/sys067
- Song S, Liu L, Edwards SV, Wu S-Y 2012 Resolving conflict in eutherian mammal phylogeny using phylogenomics and the multispecies coalescent model. Proc Natl Acad Sci USA 109(37): 14942–7
- Sorenson MD, Oneal E, García-Moreno J, Mindell DP 2003 More taxa, more characters: the hoatzin problem is still unresolved. Mol Biol Evol 20(9): 1484–98
- Stresemann E 1959 The status of avian systematics and its unsolved problems. Auk 76(3): 269–80
- Suh A, Kriegs JO, Donnellan S, Brosius J, Schmitz J 2012 A universal method for the study of CR1 retroposons in nonmodel bird genomes. Mol Biol Evol 29(10): 2899–903
- Suh A, Paus M, Kiefmann M, Churakov G, Franke FA, Brosius J, Kriegs JO, Schmitz J 2011 Mesozoic retroposons reveal parrots as the closest living relatives of passerine birds. Nature Comms 2: 443
- Wang N, Braun EL, Kimball RT 2011 Testing hypotheses about the sister group of the Passeriformes using an independent 30-locus data set. Mol Biol Evol 29(2): 737–50
- Watanabe M, Nikaido M, Tsuda TT, Inoko H, Mindell DP, Murata K, Okada N 2006 The rise and fall of the CR1 subfamily in the lineage leading to penguins. Gene 365: 57–66
- Wiens JJ, Tiu J 2012 Highly incomplete taxa can rescue phylogenetic analyses from the negative impacts of limited taxon sampling. PLoS ONE 7(8): e42925
- Wink M, Seibold I, Lotfikhah F, Bednarek W 1998 Molecular systematics of Holarctic raptors (Order Falconiformes). 29–48 in Chancellor RD, Meyburg B-U, Ferrero JJ, eds. Holarctic birds of prey. Merida and Berlin: Asociación para la Defensa de la Naturaleza y los Recursos de Extremadura (ADENEX)/World Working Group on Birds of Prey (WWGBP)
