Песенные птицы: дальние миграции связаны с большим генетическим разнообразием
Певчие птицы, совершающие трудный перелёт из мест гнездования в северных бореальных лесах в тёплые южные регионы на зиму, могут быть вознаграждены за это путешествие большим генетическим разнообразием, согласно исследованию Мичиганского университета.
Учёные обнаружили, что виды певчих птиц, мигрирующие из бореальных лесов северной части США и Канады в тропики на зимовку, обладают большим генетическим разнообразием, чем виды, остающиеся ближе к своим северным местам размножения (не мигрирующие или мигрирующие лишь на короткие расстояния, например, в южные штаты США).
Исследователи также выяснили, что у дальних мигрантов с меньшей вероятностью наблюдается обширный поток генов (перенос генетического материала из одной популяции в другую). Результаты, подчёркивающие взаимосвязь между генетическим разнообразием и давлением изменения климата и антропогенного воздействия на среду обитания птиц, опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.
Высокое генетическое разнообразие означает, что в популяции существует широкий спектр генетических вариантов как внутри особей, так и внутри вида. Оно может рассказать об эволюционной истории вида: показывает, сколько генетической вариативности было сохранено, а сколько утрачено из-за значительных колебаний численности популяции в прошлом.
«Дальняя миграция эволюционировала как очень успешная стратегия для птиц, потому что, несмотря на её сложность и требование экстраординарной физиологии, она позволяет им проводить северную зиму в месте с более высокой выживаемостью», — говорит ведущий автор Бенджамин Уингер.
«Наши результаты по генетическому разнообразию, вероятно, означают, что у этих действительно дальних мигрантов были более стабильные популяции на протяжении эволюционной истории, что удивительно, учитывая их феноменальные, рискованные миграции».
Миграция, генетическое разнообразие и поток генов
Исследование стало возможным благодаря удешевлению технологий генетического секвенирования. Учёные начали отбор проб популяций птиц в бореальных лесах для генетических исследований более 15 лет назад, также использовав образцы из нескольких музейных коллекций, включая Музей зоологии Мичиганского университета.
Многие изучаемые птицы являются близкородственными, но имеют разные стратегии миграции. Например, малый дрозд и свэнсонов дрозд — близкородственные виды, гнездящиеся в одном бореальном регионе. Но малый дрозд зимует севернее, в южных штатах США, а свэнсонов дрозд — в Южной Америке.
Чтобы выявить тонкие различия, первый автор Тереза Пеган секвенировала 1700 геномов от 35 видов птиц и разработала вычислительный анализ для поиска генетических паттернов внутри каждого вида. Эти паттерны помогли определить поток генов — движение генетических вариантов между популяциями в бореальных лесах.
У некоторых видов-дальних мигрантов исследователи обнаружили корреляцию между генетическими паттернами и местом гнездования в пределах бореального леса. Эти паттерны показывают, что две птицы из одной местности с большей статистической вероятностью родственны друг другу, чем птица, живущая за сотни километров.
Это означает, что мигрирующие птицы верно возвращаются на одно и то же место гнездования каждый год, несмотря на очень дальние перелёты на зимовку.
При анализе влияния миграции на генетическое разнообразие учёные обнаружили неожиданно сильную связь.
«Это настолько сильное влияние, что существует даже чёткая связь между отдельными особями разных видов. Например, в этом конкретном сравнении особь вида, мигрирующего на большее расстояние, имеет больше разнообразия в собственном геноме, чем особь, которая не мигрирует или мигрирует на меньшее расстояние», — отмечает Тереза Пеган.
Влияние человека и изменение климата
Полученные данные могут помочь в природоохранных усилиях, направленных на выживание этих птиц в условиях давления изменения климата и антропогенного воздействия на их среду обитания.
«Бореальные леса Канады и США испытывают значительное давление не только от изменения климата, но и от добычи ресурсов. Вырубка лесов здесь более серьёзна, чем многие думают», — говорит Бенджамин Уингер.
Результаты показывают, что одни виды, вероятно, имеют высокий поток генов и много перемещаются в пределах ареала размножения. Другие же возвращаются на один и тот же небольшой участок леса каждый год, и они могут быть более уязвимы к вырубке лесов, так как менее способны улететь на 10 миль, если их место гнездования было вырублено.