ДНК африканских и азиатских леопардов показывает большие различия между ними

Леопарды — одни из самых распространённых хищников, обитающих в самых разных условиях: от пустынь до тропических лесов и от равнин до горных районов.

За последнее столетие их ареал резко сократился из-за деятельности человека — как напрямую из-за охоты, так и косвенно из-за сокращения среды обитания и конкуренции за добычу. В результате территория их обитания сократилась более чем на 50% в Африке и более чем на 80% в Азии, что привело к локальному вымиранию многих популяций.

Генетический анализ леопардов важен для понимания истории, структуры и динамики их популяций. Особенно важен анализ полных ядерных геномов — всей ДНК в ядре клетки, составляющей примерно 2,5 миллиарда пар оснований.

В новом исследовании мы изучили геномы современных и исторических леопардов, используя образцы из необычного источника — музеев естественной истории. Мы обнаружили неожиданно высокий уровень генетического разделения между леопардами из разных частей света.

Музеи

Собрать свежие образцы тканей леопардов крайне сложно. Поэтому мы обратились к музейным коллекциям, которые содержат шкуры, скелеты и чучела, собранные десятилетия назад. Извлечь генетический материал из таких старых образцов технически и финансово сложнее, так как ДНК в них деградировала и может быть загрязнена. Однако это позволило нам получить данные от леопардов со всего их исторического и современного ареала, что было бы почти невозможно при использовании только свежих образцов.

Мы собрали материал из многих музейных образцов, оценили качество ДНК в каждом и отобрали лучшие для секвенирования сотен миллиардов пар оснований. С помощью мощных вычислительных ресурсов мы сравнили ДНК всех леопардов между собой и провели ряд анализов, чтобы понять их различия.

Африканские и азиатские леопарды

Одним из самых поразительных открытий стало чёткое различие между африканскими и азиатскими леопардами. На уровне всего генома (2,5 миллиарда пар оснований) азиатские леопарды генетически сильнее отличаются от африканских, чем бурые медведи от белых.

При этом разделение африканских и азиатских популяций произошло сравнительно недавно — примерно 500 000–600 000 лет назад, что сопоставимо с разделением современных людей и неандертальцев. Для сравнения, бурые и белые медведи разошлись около 1 миллиона лет назад.

Причиной этой генетической дифференциации азиатских леопардов стало их расселение из Африки. Хотя данные свидетельствуют, что леопарды юго-западной Азии несут ДНК, относительно похожую на африканскую (возможно, из-за occasional interbreeding), общая генетическая самобытность леопардов на двух континентах сохранилась. Такая степень разделения неожиданна для одного вида и не всегда чётко прослеживается даже между разными видами. Это показывает, как кратковременное событие с участием относительно небольшого числа особей — выход из Африки — оказало огромное влияние на формирование генетической структуры вида по всему миру.

Второй важный результат: африканские и азиатские леопарды имели разную демографическую историю после разделения. Африканские леопарды демонстрируют более высокое генетическое разнообразие, и их популяции менее генетически обособлены друг от друга.

В Азии гораздо сильнее влияние географии: корреляция между генетическим и географическим расстоянием выше. Леопарды генетически более похожи на соседние популяции, чем на удалённые. Это говорит о меньшем потоке генов и расселении между разными частями континента по сравнению с Африкой.

Несмотря на масштабное вторжение человека в среду обитания леопардов, исторические образцы не обязательно имели более высокое генетическое разнообразие, чем современные. Это показывает, что наблюдаемые различия у азиатских леопардов не связаны с недавним воздействием человека. Хотя люди довели некоторые локальные популяции до вымирания, влияние на вид в целом ещё не настолько серьёзно, чтобы отразиться на всём геноме.

Образцы леопардов с музейных полок дали ценное представление об их эволюционной истории и современных популяциях по всему миру, включая истреблённые популяции. Леопарды занесены в Красный список МСОП как «уязвимый вид», а в некоторых частях ареала — как «находящийся на грани полного исчезновения».

Учитывая влияние человека на дикую природу в последние столетия, на полках музеев естественной истории по всему миру могут скрываться захватывающие генетические открытия для многих видов.