Почти 40 лет назад численность диких кондоров в штате сократилась до 22. Это привело к инбридингу, который мог поставить под угрозу здоровье популяции, и сузил генетическое разнообразие птицы, что может снизить ее способность адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.
Сравнивая полные геномы двух калифорнийских кондоров с геномами андского кондора и стервятника-индейки, ученые Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Калифорнийского университета в Беркли обнаружили генетические свидетельства инбридинга за последние несколько столетий, но в целом обнаружили большое разнообразие в большинстве регионов. геном.
«Чтобы адаптироваться, вам необходимо генетическое разнообразие, и чем больше у них (калифорнийских кондоров) генетического разнообразия, тем больше у них шансов адаптироваться и сохраняться», – сказала Жаклин Робинсон, научный сотрудник UCSF и первый автор статьи о анализ, опубликованный сегодня в журнале Current Biology. «Наше исследование – первое, в котором начата количественная оценка разнообразия по всему геному калифорнийского кондора, что дает нам много исходной информации и будет использоваться в будущих исследованиях и сохранении."
Здоровье генома птицы, вероятно, связано с большой численностью этого вида в прошлом.
Робинсон и ее коллеги, в том числе Раури Боуи, профессор интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли, использовали статистические методы для оценки исторической популяции птиц и обнаружили, что она была гораздо более многочисленной в Соединенных Штатах миллион лет назад, чем даже гриф-индейка, самый распространенный в Америке гриф. стервятник сегодня. Птиц, вероятно, насчитывалось десятками тысяч, они взлетали и рыскали от Нью-Йорка и Флориды до Калифорнии и Мексики.
"У них есть это наследие высокого генетического разнообразия от их прежнего изобилия, поэтому я думаю, что есть шанс, что с генетической информацией мы сможем управлять популяцией в будущем, чтобы действительно поддерживать генетическое разнообразие, которое у них есть сейчас и которого нет. любые дальнейшие потери ", – сказал Робинсон. "Вы даже можете выбрать отдельных партнеров, чтобы в некотором смысле обратить вспять инбридинг."
Соавтор Синтия Штайнер, заместитель директора по природоохранной генетике Альянса дикой природы зоопарка Сан-Диего, некоммерческой природоохранной организации, связанной с зоопарком Сан-Диего, согласилась, что геномная информация поможет усовершенствовать стратегии сохранения для поддержания генетического разнообразия и сокращения инбридинга. Инбридинг, возможно, уже вызывает увеличение среди диких кондоров летальной формы карликовости, хондродистрофии и приводит к увеличению у некоторых птиц количества рулевых перьев с 12 до 14.
«У нас наконец-то есть геномный ресурс или инструмент для видов, который позволит понять генетические основы заболевания и фенотипические признаки, такие как хондродистрофия и синдром 14-хвостовых перьев, и потенциально управлять этими вредными признаками в программе разведения, "Штайнер сказал.
Боуи, куратор орнитологии в Музее зоологии позвоночных (MVZ) Калифорнийского университета в Беркли, надеется продолжить работу с зоопарком Сан-Диего по анализу геномов всех 22 оригинальных особей кондоров в популяции-основателях – предков всех ныне живущих кондоров Калифорнии – для оценки общего генетического разнообразия вида. При разведении в неволе целью всегда было спаривание неродственных кондоров, чтобы предотвратить инбридинг.
Создавая профили генома всех особей вымирающего вида, защитники природы могли бы более точно настроить разведение, чтобы отсеять любые негативные последствия для здоровья, называемые инбридинговой депрессией.
"Что касается наиболее исчезающих видов, если посмотреть на их геномы, у них осталось очень мало генетического разнообразия. Другими словами, у них очень мало возможностей адаптироваться к изменениям », – сказал он. "С калифорнийским кондором дело обстоит иначе. Имея эти данные генома, возможно, есть способ смягчить хондродистрофию путем скрещивания определенных людей или поиска других способов помочь им справиться с этим."
Неуклонный упадок Кондора
Калифорнийский кондор, Gymnogyps californianus, считается находящимся на грани исчезновения, несмотря на титанические усилия по спасению этого вида, которые начались в 1987 году. Это включало отлов всех диких кондоров – 27 на тот момент – и разведение их в зоопарках.
Успех программы был отмечен в 1991 году повторным введением выращенных в неволе кондоров в дикую природу. Сегодня более 300 человек бродят по Калифорнии, Мексике, Аризоне и Юте, а еще 200 остаются в неволе.
С размахом крыльев больше, чем у любой другой птицы в Соединенных Штатах – до 3 метров или почти 10 футов, что немного меньше, чем у андского кондора (Vultur gryphus), его ближайшего родственника, – он также является одним из самых длинных. жили птицы, часто дожившие до 60 лет.
Основываясь на генетическом анализе двух геномов калифорнийских кондоров за последний миллион лет, популяция кондоров постепенно снижалась, пока не началось резкое сокращение примерно в то время, когда люди заселили Америку 15000 лет назад.
Это совпадает с исчезновением крупных наземных животных – мегафауны – которые, вероятно, были истреблены первыми обитателями Америки между 10 000 и 12 000 лет назад. Туши североамериканской мегафауны, несомненно, были основным источником пищи для этих падальщиков-падальщиков, и кондоры, возможно, стали ограничены Тихоокеанским побережьем, потому что они могли использовать туши морских млекопитающих после того, как наземные животные стали менее многочисленными.
Спад ускорился за последние несколько сотен лет в связи с растущим разрушением среды обитания кондоров, ростом браконьерства среди людей и постоянным отравлением свинцом от проглоченных дробовиков.
Инбридинг в небольшой популяции
Робинсон, который работает в лаборатории соавтора Джеффри Уолла, профессора Института генетики человека UCSF, сосредоточился на генетических исследованиях небольших популяций, где инбридинг увеличивает частоту обычно редких рецессивных признаков, многие из которых вредны. В настоящее время она участвует в генетических исследованиях мексиканской вакиты, самой маленькой морской свиньи в мире, которая находится под угрозой исчезновения в пределах своего ареала в Калифорнийском заливе.
В прошлом году она была соавтором отчета, который обнаружил очень низкое разнообразие в геноме вакиты, что является результатом его естественной редкости и исторически низкой численности до недавнего спада численности населения, вызванного человеком, сказала она.
Она приступила к текущему исследованию после того, как Боуи сотрудничал с зоопарком Сан-Диего и Медицинским колледжем Бейлора, чтобы создать то, что он назвал «роллс-ройс» версией генома кондора – высококачественного генома, который является редкостью для любого дикого животного. и который конкурирует по качеству с известными геномами коммерческих кур и лабораторных мышей.
«Под геномом Rolls Royce я имею в виду то, что в нем очень мало фрагментов – в основном, все хромосомы не повреждены», – сказала она. "Благодаря этому вы можете получить действительно хорошую оценку не только того, сколько существует генетического разнообразия, но и того, как оно распределяется по геному. И это действительно полезно, если вы пытаетесь найти гены, связанные с заболеванием, или если вас интересуют вещи, которые важны для того, чтобы кондоры могли делать то, что они делают, – адаптивные гены."
Робинсон сравнил геном кондора Боуи, полученный из крови аризонского кондора, и геном кондора из зоопарка Сан-Диего с геномами андского кондора и гриф-индейки (Cathartes aura), которые уже были секвенированы.
Удивительно, учитывая историю калифорнийского кондора, два генома содержали самый высокий уровень разнообразия среди всех трех видов.
«Андские кондоры довольно редки, но стервятники-индейки чрезвычайно многочисленны, поэтому этот результат был немного неожиданным, поскольку он не соответствует нынешним размерам популяции», – сказал Робинсон. "Генетическое разнообразие связано с численностью видов, поэтому высокое генетическое разнообразие в геномах калифорнийских кондоров резко контрастирует с чрезвычайно малым числом живых существ сегодня."
Боуи приписывает успех кондора в преодолении его почти исчезнувшего узкого места, сохраняя при этом большую часть своего первоначального генетического разнообразия, долгой продолжительностью жизни птицы и медленной скоростью размножения, которые определяют время ее рождения.
«Несмотря на то, что их численность резко упала, из-за времени их рождения они не прошли через много поколений, поэтому большая часть этого генетического разнообразия была сохранена», – сказал он.
Калифорнийский проект кондора – это часть нынешнего внимания Боуи к генетическому разнообразию всех живых и вымерших стервятников. Аспирант Маккензи Кирчнер-Смит в настоящее время анализирует черепа стервятников в коллекциях Музея палеонтологии MVZ и Калифорнийского университета, чтобы понять прошлые популяции стервятников, в то время как Боуи только что предпринял попытку секвенировать геномы живых видов стервятников в мире, отчасти чтобы понять, как образ жизни падальщика развился независимо среди трех очень разных групп птиц.
Робинсон надеется продолжить работу над кондором. Несмотря на то, что в прошлом она побывала в местах обитания кондоров, она увидела своего первого кондора всего несколько недель назад во время посещения национального парка Пиннаклс, популярного места скопления кондоров на побережье Центральной Калифорнии.
"Когда я смотрел на них, я буквально думал, что они почти исчезли при моей жизни. Это было бы такой трагедией », – сказала она. "Я бы сказал, что мы не должны списывать со счетов какие-либо виды только потому, что может остаться всего несколько особей.
Калифорнийский кондор вернулся из популяции, насчитывающей всего 22 особи."
Среди соавторов Робинсона, помимо Боуи, Штайнера и Уолла, есть Дэвид Минделл из Музея зоологии позвоночных Калифорнийского университета в Беркли.
Работа частично профинансирована Национальным научным фондом (DEB-1441652).