Songbirds Carry on Dinosaurs' Predatory Legacy 노래하는 새들은 분명히 공룡의 후예다
I now see more clearly the fearsome predator that is the Chestnut-backed Chickadee. His terrifying manner connects him all the way from falcons recently to eagles earlier, and -- much earlier -- to Tyrannosaurus rex. His terror is subtler than that of T. rex, with a multitude of insects taking on the role of cowering prey once played by Stegosaurus.
Chestnut-backed Chickadees, like all songbirds, have a long evolutionary history linked to apex predators like hawks, and later, falcons. Photo by Steve Zack ©WCS.
A recent publication by 105(!) authors provides the first whole-genome analysis of key bird families representing all living Orders, and with it a more fully fleshed-out sense of the origins and timing of the evolution of modern birds. The bird family tree, informed by the connectedness of near relatives and distant relations, including previously hard to place groups, is now resolved.
There is much to digest. Here are some highlights:
Birds are dinosaurs, as most (but not all!) scientists agree.
All but the avian line of dinosaurs died out after the Cretaceous-Paleogene mass extinction linked to an asteroid impact some 66 million years ago. Birds, placental mammals, crocodiles, sea turtles, and other groups found great opportunity after this calamity, and exhibited a "Big Bang" diversification of lineages in a relatively short amount of time. New habitats emerged and in the vacuum of the loss of T. rexand kin came smaller and yet more mobile wildlife with feathers and hair.
The seeds of such diversity were sewn before the end Cretaceous.
What were to become modern birds broke off from "Ratites" (represented today by the ostrich, the emu, kiwis, etc.) and tinamous (furtive tropical America birds) fully 100 mya (million years ago). By 88 mya, the common ancestor of both waterfowl (swans, geese, ducks) and fowl (pheasants, turkey, quail) split from the main line of modern birds. Grouse and kin diversified on land, and waterfowl exploited wetlands and rivers.
Grey-backed Fiscal Shrikes, like all shrikes, are predatory on small mammals and birds, in addition to insects. I studied the social behavior of this species in Kenya in the 1980s, and photographed these two in Tanzania last year. Photo by Steve Zack ©WCS.
All other living bird groups explosively diversified after the mass extinction.
This suggests how quickly most modern birds (and placental mammals) "filled" the ecological space left by the demise of non-avian dinosaurs. Fully 36 lineages of birds arose within 15 million years after the mass extinction. Pigeons (with flamingos and grebes) then split off from the main group. The larger group then split into another land diversification (including eagles, owls, woodpeckers, and parrots) and a separate fresh and salt water diversification of new water birds (including cranes, loons, penguins, albatross, herons, and pelicans).
Songbirds first arose 39 million years ago.
Songbirds now comprise the majority -- roughly 60 percent -- of the 10,400 species of living birds. They are part of the massive land diversification, above. At the base of this branch are hawks, and much later (and thus not closely related) are the falcons, just before parrots and songbirds split. This indicates that songbirds are from a line of "apex predators" (predators at the top of the food chain).
A Peregrine Falcon near the Oregon coast looks skyward for competitors of its prey, an immature gull. Falcons are now recognized as separate from other birds of prey like hawks and eagles, and instead are very closely related to songbirds and parrots. Photo by Steve Zack ©WCS.
I respectfully disagree with my 105 colleagues of this paper who state that the "losses of the predatory phenotype were gradual across successive divergences" leading to songbirds. Instead, I interpret the tremendous diversification of the songbirds today as indeed tied to that age-old predatory phenotype and played out primarily then and now on the diverse world of insects. Think of flycatchers that capture flying insects, nuthatches that find insects on bark, warblers that glean insects off vegetation, and so on.
Previous efforts to create evolutionary trees of birds were hard pressed to find reliable places for some enigmatic living bird groups -- notably the hoatzin and the mousebirds. Hoatzins are, well, small flying cows of South America. They are unique leaf-eating birds that have a specialized crop for foregut fermentation, analogous to cows and deer yet quite unlike any other bird. Their new placement on the avian tree before the highly migratory cranes and shorebirds is amusing, as hoatzin flop more than they fly.
Hoatzins of tropical South America are distinctly different from all other birds as they eat primarily leaves and have a ruminate-like digestive system in their crop. They are very weak in flight, but are ancestors to the quite capable flyers - cranes and shorebirds. Photo by Steve Zack ©WCS.
The six species of mousebird are restricted to Africa. They are drab gray and brown birds, highly social, with long stiff tails. Their name arises from their tendency to scurry through vegetation. They have a curious foot morphology, with reversible outer toes - a feature that vexed placement among other bird groups in the tree. The revised avian tree has them close to owls and ancestral to the line of hornbills, woodpeckers, and relatives.
I am still sorting through this new tree of avian diversity. It affords me a new structure to more fully understand the great diversity of birds of the world, their relatives, and their dramatic multi-million year history. So many of them had their origins in an earth crisis driven by an asteroid.
A Speckled Mousebird clings to a branch in Queen Elizabeth National Park, Uganda. The six mousebird species, all in Africa, have long been considered outliers among modern birds with no clear affinities. Photo by Steve Zack ©WCS.
We should better appreciate our avian species and other wildlife diversity around us. We are learning more and more about the origins of our natural world and the interrelationships that collectively provide the essence of life on earth.
Sadly, our growing human footprint is inexorably leading to another great mass extinction. Unlike the one 66 mya, there are not expected to be new wildlife habitats after the coming crisis. Our footprint of concrete, plowed fields, and depleted resources will leave little room for another "Big Bang" diversification. That means there will be no chance for birds or other wild animal groups to once again find opportunity out of calamity.
That is as terrifying to me as the chickadee is to the beetle on the branch.
노래하는 새들은 분명히 공룡의 후예다
이젠 밤색 깃털로 덮인 박새를 볼 때 '아하 이 새가 그 무서운 포식자의 후예구나!'하는 깨달음이 가능하다. 이 새의 무시무시한 자태는 현재의 매에서 이전의 독수리, 그리고 아주아주 옛날의 티라노사우루스까지 연결된다. 물론 티라노사우루스의 위협적인 모습보다는 미묘하지만, 공격당하는 곤충의 입장에선 예전의 스테고사우루스가 티라노사우루스를 마주하고 느낀 공포와 그리 다르지 않을 것이다.
사진: Steve Zack/WCS. 밤색 깃털 박새 같은 모든 송버드(songbirds)는 매와 같은 포식자와 진화 역사를 공유한다.
'105(!)'의 저자들이 잡지 네이처에 게재한 연구는 조류 전체에 대한 게놈을 분석하여 기존의 새가 겪은 진화 시기와 새의 시초가 언제였는지를 더 구체적으로 설명했다. 즉, 가까운 친척은 물론 먼 친척까지 다 감안한 제대로 된 새 족보가 형성된 것이다.
새로운 정보가 굉장히 많은데 아래는 하이라이트만 뽑은 것이다.
거의 모든 과학자들이 새는 공룡이라고 동의한다.
약 6600만 년 전에 소행성이 지구에 추락하면서 백악기-제3기 대멸종이 일어났는데, 그때 살아남은 공룡은 조류과에 속하는 공룡뿐이었다. 조류, 포유동물, 악어, 바다거북이 등은 오히려 이 대재앙을 이용해 급속히 번식하기 시작했고 짧은 시간 동안 다양한 혈통의 '빅뱅'을 거쳤다. 새로운 서식지가 생겼고 티라노사우루스 등의 공룡들이 남긴 공백을 털에 덮인 더 작고 민첩한 야생동물들이 채웠다.
그런데 이런 조짐은 백악기 시대 전부터 이미 보였다.
새로 둔갑할 동물들은 약 1억 년 전부터 '평흥류'(기존의 타조, 에뮤, 키위 등) 동물에서 떨어져 나왔다. 그리고 8,800만 년 전에는 물새(백조, 오리, 거위)와 가금(꿩, 터키, 메추라기)의 조상이 주요 조류에서 분리되었다. 뇌조와 그 사촌들은 육지를, 물새는 습지와 강가를 점령하고 번식했다.
사진 Steve Zach/WCS: 회색 때까치는 다른 까치와 마찬가지로 벌레는 물론 작은 동물이나 새를 표적으로 삼는다. 1980년대에 케냐에서 이 새의 사회성을 연구하였는데 위의 사진은 작년에 탄자니아에서 찍었다.
대멸종 이후 모든 조류 그룹이 엄청난 다양화를 겪었다.
조류과가 아닌 공룡이 남긴 공백을 현세의 조류(또 태반의 포유동물)가 얼마나 빨리 '채웠는지'는 아래를 보면 안다. 즉, 대멸종 후 1,500만 년 동안 최하 36개의 독특한 조류 그룹이 생성되었다. 비둘기(홍학과 논병아리도)가 주요 조류에서 떨어져 나갔고, 얼마 후에 더 큰 그룹이(독수리, 부엉이, 딱따구리, 앵무새 등) 육지의 존재를 지향하여 분리되었으며, 민물과 바다 물새가(학, 아비 새, 펭귄, 신천옹, 백로, 펠리컨 등) 새로 등장했다.
송버드는 약 3,900만 년 전에 처음 등장했다.
현재는 10,440개의 전체 조류 중에 송버드가 약 60%를 차지한다. 대형 육지 확장 사례라고 볼 수 있다. 송버드의 시초에는 매가 있고 한참 나중에 팔콘이 등장하는데(따라서 이 두 종류의 새는 그리 가까운 친척이 아니다), 송버드와 앵무새가 나눠지기 바로 직전에 있었던 일이다. 따라서 송버드도 '정점 포식자'의 후손이라는 이론이 성립된다. 즉, 먹이 사슬 꼭대기를 차지하는 포식자 말이다.
사진 Steve Zach/WCS. 자기의 먹잇감을 노리는 덜떨어진 갈매기를 송골매가 노려보고 있다. 송골매 같은 팔콘은 매와 독수리과가 아니라 오히려 송버드와 앵무새과에 가까운 것으로 현재 인정된다.
그런데 내 의견은 105(!) 동료들의 의견과는 다르다. 그들은 "포식자 표현형(유전자와 환경의 영향에 의해 형성된 생물의 형질)의 손실이 차후 다양화에 따라 점진적으로 이루어졌다."고 한다. 난 송버드의 엄청난 다양화가 더 다양한 곤충의 세계를 배경으로 나타난 포식자 표현형과 연결되어있다고 믿는다. 공중의 벌레를 잡아먹는 딱새류와 나무 둥지에서 벌레를 찾아 먹는 동고비, 또 채소에서 벌레를 골라 먹는 휘파람새를 상상해보라.
이전의 조류 계도 제작은 기이한 조류 그룹을 어디에 포함할지 고민했었다. 특히 호아친새(hoatzin)와 쥐새의 정체를 계도 어디에 기록해야 하는지 애매했다. 호아친새는 남미에 사는 새로, 날아다니는 작은 소라고 해도 과장이 아닐 거다. 호아친새는 다른 새와 다르게 흔히 소나 사슴 같은 척추동물이 지닌 소화관을 지닌 식엽성 새다. 그런데 난다기보다는 풀썩풀썩 다닌다고 형용하는 것이 더 옳을 이 새가 족보상으로 학이나 다른 철새보다 앞에 있다는 것이 매우 흥미롭다.
사진 Steve Zach/WCS. 호아친새는 열대 기후에 서식하는 남미 조류며 나무 잎사귀가 주식인데 반추 동물의 소화계를 지니고 있다. 나르는 모양이 어색하지만 매우 잘 나르는 학이나 다른 물새의 조상 격이다.
여섯 종류의 쥐새는 아프리카에서만 서식한다. 색은 회색과 갈색인데 빳빳한 긴 꼬리를 지녔으며 상당히 사회적인 성향을 보인다. 쥐새라는 명칭은 숲 사이를 쥐처럼 지나간다는 이유에서 지어졌다. 발 모양이 특히 희한하게 진화했는데 바깥으로 뒤집히는 발톱을 지녔다. 사실 이 사항 때문에 조류 계도의 자리를 정하는데 논란이 있었다. 이번에 개정된 조류 족보에 의하면 쥐새는 부엉이의 가까운 친척으로 지정되었으며 코뿔새, 딱따구리 등의 조상으로 인정된다.
조류 다양성에 대한 새로운 족보를 난 열심히 연구하는 중이다. 세상의 모든 새와 새의 친척 그리고 수백만 년 동안의 새 역사를 더 잘 이해할 수 있는 체계가 제공된 것이다. 수많은 새가 지금처럼 지구에 사는 것이 가능했던 이유는 소행성으로 인한 지구 대재앙 때문이었다.
사진 Steve Zach/WCS: 우간다 퀸 엘리자베스 국립공원에 서식하는 점박이 쥐새가 나뭇가지에 매달려있다. 아프리카에서만 서식하는 여섯 가지 종류의 쥐 새는 조류 중의 아웃라이어로 취급되어 왔었다.
우린 조류는 물론 다양한 야생에 대한 감사한 마음을 잊으면 안 된다. 자연에 시초에 대한 지식이 점점 더 늘어나고 있고 수많은 물질의 연관성을 배우면서 지구의 본질을 더 잘 이해하게 되는 시점에 우리는 있다.
그런데 인류의 발자국으로 인해 또 하나의 대멸종이 다가오고 있다. 6,600만 년 전과 달리 이번 재앙 이후에는 새로운 야생 서식지가 생성될 거라고 기대할 수 없다. 우리의 발자국인 콘크리트, 경작지, 소모 자원 등을 고려하면 다양성을 내포한 '빅뱅'을 바라기 어렵다는 거다. 즉, 새를 비롯한 야생동물이 이전과는 달리 새로운 재앙에서 탈출할 확률이 낮다.
박새에 잡아먹힐까 가지 위에서 떠는 딱정벌레만큼이나 난 미래가 두렵다.