Onderzoekers hebben dinsdag het meest grondige onderzoek tot nu toe gedaan naar de geschiedenis van pinguïns, die teruggaat tot hun ontstaan meer dan 60 miljoen jaar geleden, en daarbij een reeks genen geïdentificeerd die cruciaal zijn voor aanpassingen in verband met onderwaterzicht, lange duiken, regulering van de lichaamstemperatuur, dieet en lichaamsgrootte.

De onderzoekers hebben de genomen van de 20 levende pinguïnsoorten en ondersoorten gesequeneerd. Aangezien meer dan driekwart van de bekende pinguïnsoorten nu uitgestorven is, hebben de onderzoekers ook 50 fossiele soorten in hun analyse opgenomen aan de hand van skeletgegevens.

Volgens de onderzoekers zijn pinguïns geëvolueerd uit een gemeenschappelijke voorouder die zij delen met een groep zeevogels waartoe ook albatrossen en stormvogels behoren. Pinguïns ontwikkelden eerst het vermogen om te duiken, zoals een papegaaiduiker, en verloren daarna het vermogen om te vliegen toen zij zich aanpasten aan een waterrijk, en uitstekende zwemmers en duikers werden.

De oudst bekende pinguïn - die dateert van 61 miljoen jaar geleden, ongeveer 5 miljoen jaar na de massa-extinctie die de dinosauriërs verdoemde - heet Waimanu manneringi, uit Nieuw-Zeeland.

"Voor mij zijn pinguïns een perfect voorbeeld van een belangrijke evolutionaire overgang, zoals de evolutie van een aquatische levensstijl bij walvissen of vlucht bij vleermuizen," zei vogelpaleontoloog Daniel Ksepka van het Bruce Museum in Greenwich, Connecticut, co-auteur van de studie die gepubliceerd is in het tijdschrift Nature Communications https://www.nature.com/articles/s41467-022-31508-9.

"Wij weten dat pinguïns uit vliegende vogels geëvolueerd zijn, maar dat is meer dan 60 miljoen jaar geleden gebeurd en wij moeten naar het fossielenbestand kijken om uit te maken waar, wanneer en hoe dat gebeurd is. Bovendien zijn pinguïns belachelijk charmante wezens. Ze hebben lief, ze vechten, ze stelen, en door hun grappige rechtopstaande houding is het heel gemakkelijk om je voor te stellen dat ze allemaal dezelfde beweegredenen hebben als mensen," zei Ksepka.

De studie illustreerde hoe wereldwijde temperatuursveranderingen - schommelingen tussen koude en warme perioden - en verschuivingen in de grote oceaanstromingen belangrijke drijfveren zijn geweest voor de evolutie van de pinguïns.

"Wij hebben geschat hoe de populaties van elke pinguïnsoort gedurende de laatste 250.000 jaar fluctueerden, aan de hand van handtekeningen die in hun genoom zijn achtergelaten door bevolkingscrashes en -booms," zei Ksepka. "Het wassende en afnemende van de ijskappen heeft een grote invloed gehad op de pinguïns, en soorten die kwetsbaar zijn voor terugtrekkend zee-ijs kunnen veel te lijden hebben van de toekomstige opwarming van de aarde."

Pinguïns bleken ook de laagste evolutiesnelheden te vertonen die tot nu toe onder de vogels zijn ontdekt.

Pinguïns leven hoofdzakelijk op het zuidelijk halfrond, met inbegrip van soorten zoals de Adélie-pinguïn langs de kusten van Antarctica. De Galapagospinguïn is de enige die ten noorden van de evenaar voorkomt.

Postdoctoraal onderzoekster aan de Universiteit van Kopenhagen en hoofdauteur van de studie Theresa Cole zei dat het onderzoek een verscheidenheid van genen aan het licht heeft gebracht die waarschijnlijk betrokken zijn bij unieke fysiologische aanpassingen van pinguïns.

Zij vertonen genmutaties waardoor hun gezichtsvermogen verschuift naar de blauwe kant van het kleurenspectrum. Blauw licht dringt dieper door in de oceaan dan licht aan de rode kant van het spectrum, zodat deze eigenschap heeft bijgedragen tot de fijnafstemming van het gezichtsvermogen voor een scherp zicht bij weinig licht onder water.

Genen die vogels helpen zoute en zure smaken te detecteren zijn actief bij pinguïns. Maar de genen die helpen bij het detecteren van bittere, zoete en hartige smaken zijn geïnactiveerd. Die zijn misschien niet meer nodig omdat pinguïns in koud, zout water foerageren en gewoonlijk prooien zoals vis, garnalen en inktvis in hun geheel doorslikken.

Pinguïns vertonen een afplatting en verstijving van hun vleugelbeenderen en een vermindering van hun vliegveren tot minuscule structuren die helpen de vleugels in zwemvliezen om te zetten. Zij hebben ook de luchtruimten in het skelet verkleind en de wanddikte van de botten vergroot om het duiken efficiënter te maken, en om meer zuurstof in hun spieren te kunnen opslaan voor lange duiken.

Pinguïns waren vroeger veel groter dan de huidige soorten. Eén soort, Kumimanu biceae, die tussen 55 en 60 miljoen jaar geleden in Nieuw-Zeeland leefde, was ongeveer 1,8 meter groot. De grootste nog bestaande soort, de keizerspinguïn, is ongeveer 1 meter groot.