Изменение климата и разрушительное воздействие человека можно прочитать по геному рыси

О драматизме низкой изменчивости генома рыси

Можно ли прочитать события, произошедшие сотни тысяч лет назад по ДНК современных животных? Может ли рысь - крупная кошка, которая распространена по всей Евразии - когда-либо подвергнуться вымиранию? Может ли деятельность человека поставить ее под угрозу вымирания?

Международная группа исследователей попыталась ответить на эти вопросы. Коллектив работал под руководством Марии Луцены-Перес и доктора Хосе Антонио Годоя из Биологической станции Доньяна в Испании, с польской стороны были ученые из Института исследования млекопитающих Польской академии наук в Беловеже и Белостокского университета. С российской стороны в исследовании участвовали ученые Всероссийского НИИ охотничьего хозяйства и звероводства (Киров), Тихоокеанского института географии ДВО РАН (Владивосток) и Института биологических проблем криолитозоны СО РАН (Якутск). В составе исследовательской команды были также ученые из Латвии, Монголии, Великобритании и Сербии.

Результаты исследований только что (февраль 2020) опубликованы в журнале Molecular Ecology. Авторы предоставили информацию о проведенном исследовании.

Сначала были собраны образцы тканей от нескольких десятков рысей из 12 различных популяций в пределах Евразийского ареала, живущих в крайне разных климатических и экологических условиях: от умеренных лесов северо-восточной Польши, через пустыню Гоби, сибирскую тайгу и до дальневосточных окраин России.

Эти образцы проанализировали секвенированием генома в некодирующих сегментах, а также исследовали полный митохондриальный геном. Цель исследования состояла в том, чтобы найти такие изменения в геноме этого хищника, которые могли бы быть затронуты условиями жизни как в далеком прошлом, так и сегодня.

Использование методов биоинформатики позволило исследователям не только измерить и сравнить уровень геномных вариаций в различных популяциях рыси, но и реконструировать историю генетических изменений в популяции с момента образования вида.

Исследование показало, что, несмотря на широкое распространение по всему континенту, рысь характеризуется неожиданно низкой изменчивостью, сравнимой с популяциями, находящимися под угрозой исчезновения, например, такими как чрезвычайно изолированные и генетически измененные популяции бурого медведя в Апеннинах или иберийской рыси в Испании, насчитывающие всего несколько десятков особей.

«Низкий уровень генетической изменчивости может означать угрозу инбридинга, то есть возможность скрещивания близкородственных особей. И это, как вы знаете, не сулит ничего хорошего и ведет к снижению иммунитета, более частому возникновению различных проблем со здоровьем, снижению приспособленности. Это может привести к увеличению смертности, и, следовательно, к угрозе для местной популяции», - объясняет д-р. Кшиштоф Шмидт из Института исследования млекопитающих ПАН - руководитель проекта, финансируемого Национальным научным центром, в рамках которого проводились исследования.

Этот парадокс низкой изменчивости у видов, обитающих по всему континенту, связан, скорее всего, с сильным сокращением популяции хищника, что, согласно исследованиям, произошло в истории этого вида.

Интересно, что до периода 100000 лет назад все группировки рыси на Евразийском континенте были генетически однородными, но их численность систематически уменьшалась по мере охлаждения климата. Популяция азиатской части континента стала генетически дифференцироваться от европейской только с периода оледенения. Их полная изоляция произошла около 10 тысяч лет назад.

Исследователи отметили, что в это же время континент заселялся человеком, который интенсивно охотился на копытных, которые, в свою очередь, также были пищей и для рыси. «Мы считаем, что именно человеческая деятельность могла привести к дальнейшему сокращению численности вида в конце периода оледенения, и особенно после него - когда можно было бы ожидать, что глобальное потепление скорее будет способствовать распространению животных», - сказал участник исследования, проф. Мирослав Раткевич из Белостокского университета.

Это подтверждается, среди прочего, большой генетической однородностью азиатской части популяции рыси (в отличие от Европы), несмотря на то что эти хищники живут в таких разнообразных местах обитания, как пустыня Гоби и сибирская тайга. Вскоре после отступления ледника человеческое давление в этом районе было намного ниже, чем в Европе, где рост нашего вида значительно ускорился с развитием сельского хозяйства.

«Рыси, населяющие европейскую часть континента, характеризуются явно более низкой генетической изменчивостью и большими различиями между отдельными популяциями, чем в азиатской части ареала», - добавил д-р. Шмидт. В пределах Европы наиболее «крепкой» в генетическом отношении является кировская популяция рыси.

Анализ изменчивости некодирующей части генома также показал, что популяции рыси, населяющие северо-восточную Польшу, Карпаты и Норвегию, столкнулись с еще одним, очень недавним, массовым сокращением численности, известным как «бутылочное горлышко». Эти результаты доказывают, что нынешнее распространение, численность и генетическая изменчивость этих хищников являются результатом массового снижения численности вида, которое произошло в 19-20 веках.

Выводы, сделанные из этого исследования, ясно показывают, что человеческая деятельность чрезвычайно сильно влияет на выживаемость популяций диких видов животных - особенно таких редких, как крупные хищники. Они также подтверждают, что это влияние началось тысячи лет назад.

В то же время результаты доказывают, что наилучшей стратегией сохранения рыси в Европе должно быть обеспечение связи между популяциями. Это будет способствовать уменьшению их генетической изоляции и устранению драматических изменений, которые произошли в результате фрагментации среды; этапы истребления вида теперь видны в геноме этих животных, - подчеркивают авторы анализа.

Статья в свободном доступе: Lucena-Perez M., Marmesat E., Kleinman-Ruiz D., Martínez-Cruz B., Węcek K., Saveljev A.P., Seryodkin I.V., Okhlopkov I.M., Dvornikov M.G., Ozolins J., Naranbaatar G., Paunovic M., Ratkiewicz M., Schmidt K., Godoy J.A. Genomic patterns in the widespread Eurasian lynx shaped by Late Quaternary climatic fluctuations and anthropogenic impacts // Molecular Ecology, 2020. Vol. 29, № 4. P. 812-828.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/mec.15366

http://dx.doi.org/10.1111/mec.15366

Дата: 05.03.2020