Генетическое спасение снизило вредные мутации у флоридских пум, сохранив местное происхождение
Популяция флоридских пум восстанавливается. К такому выводу пришла команда биологов, включая учёных из UCLA, после 30-летней попытки генетического спасения этого вида.
В 1990-х популяция флоридской пумы составляла менее 30 особей. Учётые предсказывали возможное вымирание вида. В 1995 году для спасения популяции от инбридинга, ускоряющего вымирание, была предпринята попытка генетического спасения: в неё ввели несколько пум из Техаса. Со временем популяция выросла примерно до 200 особей, но эффект от добавления нового генетического разнообразия оставался неизвестным.
Исследование генома флоридской пумы, проведённое рядом институтов (включая UCLA, UC Berkeley и Florida Fish and Wildlife Conservation Commission) и опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что местное происхождение и генетическое разнообразие флоридских пум не были заменены генами, введёнными из Техаса.
«Одной из больших проблем при введении особей из Техаса было то, что местное генетическое разнообразие Флориды может быть полностью заменено. Это было бы проблемой, если мы пытаемся сохранить подвид, уникальный для Флориды. Наши результаты показывают, что генетика Флориды по-прежнему очень заметна», — говорит ведущий автор исследования Диана Агилар-Гомес (UCLA).
Более того, приток нового генетического разнообразия снизил влияние вредных мутаций, которые затрудняли выживание и размножение пум (то есть улучшил приспособленность вида). Результаты подчёркивают успех генетического спасения, но также указывают, что его эффекты могут быть временными, и необходимо продолжать управление популяцией.
«Наше моделирование выявило ещё одну причину для тщательного мониторинга популяций флоридской пумы — а именно, эффекты перемещения особей могут быть очень изменчивыми и подверженными случайности, особенно в будущем. Увеличение приспособленности не гарантирует долговечности», — отмечает соавтор исследования Кирк Ломуэллер (UCLA).
Флоридская пума — это подвид горного льва (пума, кугуар). Из-за разрушения среды обитания и охоты их ареал сократился до менее чем 5% от первоначального. Сегодня они встречаются только в нескольких национальных парках и сельских районах Южной Флориды.
Как инбридинг угрожал выживанию флоридской пумы
Инбридинг (спаривание родственных особей) может затруднить выживание, позволяя вредным генетическим мутациям становиться доминантными для различных признаков. У каждой особи две копии генетического материала в каждой позиции ДНК (от матери и от отца). Если одна копия повреждена, ДНК обычно полагается на другую.
Большинство мутаций безвредны, но если они содержат ошибочные инструкции для важных биологических функций, они могут быть вредными. Когда особь наследует одну и ту же мутацию от обоих родителей (гомозиготность), эта мутация обязательно проявляется. Если же мутация унаследована только от одного родителя (гетерозиготность), вредная мутация часто может не проявляться.
У флоридских пум признаками инбридинга были изогнутые хвосты и сниженная фертильность у самцов. Введение животных из того же подвида из Техаса было призвано снизить инбридинг, но существовал риск, что новые генетические варианты могут «затопить» или даже заменить происхождение исходной популяции.
Как техасские пумы помогли флоридским
Исследование проанализировало генетические образцы флоридских пум и пяти техасских пум, которые, как известно, дали потомство во Флориде, и сравнило их с образцами горных львов из Калифорнии и Бразилии.
Анализ показал, что общее количество вредных мутаций не уменьшилось, но количество гомозиготных вредных мутаций снизилось, а гетерозиготность увеличилась. Это означает, что вредные мутации по-прежнему распространены в популяции, но менее вероятно, что они проявятся и вызовут проблемы.
Выводы показывают, что меры по сохранению, принятые за последние 30 лет, работают, но вид всё ещё не вне опасности.
«Наше моделирование предполагает, что преимущества перемещения могут длиться не вечно. Сейчас вредные мутации маскируются повышенной гетерозиготностью, но если популяция останется небольшой (около 200 особей), инбридинг может снова начать расти. Это действительно подчёркивает необходимость постоянного мониторинга и управления популяцией флоридской пумы. В будущем может потребоваться ещё одно перемещение, но это решение должно быть тщательно оценено», — говорит Агилар-Гомес.
Уроки для других видов и медицины
Исследование подтверждает важность создания коридоров для дикой природы (таких как Wallis Annenberg Wildlife Crossing в Южной Калифорнии) для увеличения мобильности и поиска партнёров. Горные львы Калифорнии не находятся под угрозой исчезновения, но популяция в горах Санта-Моники сталкивается с фрагментацией среды обитания и показывает признаки инбридинга.
В исследовании приняли участие эксперты из нескольких учреждений: генетики из UCLA, статистики и вычислительные биологи из UC Berkeley, которые моделировали будущее флоридской пумы, и полевые биологи с практическим опытом управления этими животными.