Genetska in biotska pestrost

Še na začetku 19. stoletja je na vsaj petih otokih ob jugovzhodni obali Afrike živelo nekaj tisoč sejšelskih rajskih muharic (Terpsiphone corvina). Na koncu 60. let 20. stoletja je bilo na svetu le še 28 ptic te vrste, vse pa so živele na enem otoku, La Digue.

Male črne ptice, ki se prehranjujejo z žuželkami in pajki, so bile v 19. in 20. stoletju v nevarnosti zaradi izgube naravnega življenjskega prostora, na njihova območja so vdrle invazivne vrste, človek jih je tudi lovil. V zadnjih letih so se lokalna prizadevanja za zaščito te vrste okrepila, tako da je njeno število spet naraslo – na otoku La Digue trenutno prebiva 250 sejšelskih rajskih muharic. Poleg tega je strokovnjakom na enem od drugih otokov uspelo vzpostaviti dovolj veliko populacijo za parjenje, trudijo pa se, da bi to vrsto ptic spet naselili še na tretjem otoku v arhipelagu.

Čeprav ta gozdna vrsta ptic ni več kritično ogrožena, se je zaradi drastičnega upada populacije znatno zmanjšala njena genetska raznovrstnost. »Vprašanje je, kako ji je kljub temu uspelo preživeti,« pravi Hernán Morales, evolucijski biolog z Univerze v Københavnu na Danskem.

Svet bo obstajal naprej, a bo popolnoma drugačen

Biotska raznovrstnost se je povzpela visoko na lestvico prioritet Evropske unije. Dejstvo je, da se na našem planetu dogaja šesto množično izumrtje. V nasprotju s prejšnjimi izumrtji, med katerimi se je zadnje večje zgodilo pred 65 milijoni let, ko so izumrli dinozavri, je sedanje predvsem posledica človeških dejavnosti, vključno z rabo tal, vode in energije ter onesnaževanjem. Ker je ogrožen obstoj ekosistemov in živalskih vrst, tudi ljudi, je genomika vse pomembnejša pri ocenjevanju in zaščiti biotske raznovrstnosti.

Morales je vodil projekt za primerjavo zgodovinskih in trenutnih genomov sejšelskih rajskih muharic. Ugotovitev raziskovalcev v okviru projekta je pretresljiva: trenutno živeče ptice te vrste imajo 90 odstotkov manjšo genetsko raznovrstnost. Podoben problem je še pri številnih drugih vrstah, ki so ali so bile na robu izumrtja.

Primerki iz preteklosti in sedanjosti

Morales je strokovnjak za evolucijsko genomiko. Pri tej gre predvsem za proučevanje sodobnih genomov, torej popolnih nizov genetskega materiala v organizmu, in sklepanje o preteklosti vrste na podlagi teh informacij. Pri projektu Gendengered se je odločil za drugačen pristop. Primerjal je zgodovinske genome primerkov iz muzejskih zbirk iz vse Evrope in genome živali iz trenutno živečih populacij. Raziskava je bila osredotočena na 12 vrst ptic, vključno s sejšelsko rajsko muharico, ki so utrpele znaten upad populacije.

Muzejski primerki so bili stari več kot 100 let in so predstavljali stanje populacije pred upadom, pojasnjuje Morales. Na podlagi teh informacij so ustvarili računalniške modele, ki so simulirali, kako sta se genetska raznovrstnost in populacija teh vrst s časom spreminjali.

Sejšelskih rajskih muharic ni bilo nikoli veliko, analiza materiala iz muzejev pa je pokazala, da so imele v primerjavi z drugimi pticami vedno majhno genetsko raznovrstnost. Eno od Moralesovih odkritij odstopa od logičnih pričakovanj: vrsta je upad populacije preživela ravno zaradi svoje relativno majhne genetske raznovrstnosti.

Da bi razumeli, kako je to mogoče (in zakaj je to dobra in slaba novica za sejšelske rajske muharice), moramo vedeti dve stvari. Prva je ta, da ima genetska raznolikost lahko pozitiven, negativen ali nevtralen učinek na populacijo. Druga pa je, da so Moralesove raziskave pokazale, da upadi populacij povečajo delež negativnih genov in zmanjšajo genetsko zdravje, saj se poveča pojavnost sokrvnosti, torej parjenja med bližnjimi sorodniki.

Posledično je pri živalih, kot je sejšelska rajska muharica, ki imajo že v osnovi majhno genetsko raznovrstnost, na voljo manj negativnih genov, ki bi lahko prišli do izraza pri upadu populacije.

Čeprav je ta dejavnik pomagal preprečiti izumrtje vrste, dolgoročno ne prinaša dobrih novic. Zakaj? Ker se količina negativnih genov pri drastičnem upadu populacije poveča, število pozitivnih in nevtralnih genov pa upade. Ti geni, predvsem nevtralni, so zelo pomembni. Predstavljajo raznovrstnost, s pomočjo katere se vrsta prilagodi na prihodnje izzive, kot so podnebne spremembe in bolezni.

Izguba takih genov je lahko še posebej opazna pri živalih, ki že v osnovi niso zelo raznovrstne, sejšelske rajske muharice so odličen primer. »Ker jim je preostalo zelo malo raznovrstnosti, lahko sklepamo, da se bodo v prihodnosti zelo težko prilagajale na različne življenjske razmere,« razlaga Morales.

Zaščita vrst

Večje populacije, ki so genetsko bolj raznovrstne, so pred drugačno dilemo.

Sejšelske rajske muharice so zaradi svoje majhne genetske raznovrstnosti preživele upad populacije, Morales pa pravi, da pri živalskih vrstah, ki imajo večjo populacijo in so bolj raznovrstne, tveganje za izumrtje tiči prav v upadu populacije. Vzrok je v tem, da se med upadom populacije precej bolj poveča število negativnih genov, zaradi česar so te vrste izpostavljene bolj škodljivim genetskim spremembam.

Te ugotovitve lahko pri zaščiti živalskih vrst pomagajo tako, da pokažejo, ali vrsta potrebuje več pomoči med upadom populacije ali po njem, meni Morales. Ti uvidi bi lahko, na primer, preprečili organizacijam za zaščito prostoživečih rastlinskih in živalskih vrst, da uvrstijo vrste, kot je sejšelska rajska muharica, med neogrožene, če so v resnici še vedno ogrožene zaradi poslabšanja genetske raznovrstnosti.

Škržadi pojejo le, če sije sonce

Opičja odkritja

Genomiko in historične vzorce se da uporabiti tudi za odkrivanje izumrlih vrst, s tem pa lahko izboljšamo razumevanje sodobnih živalskih vrst, vključno z njihovim habitatom. Tomàs Marquès Bonet je vodja projekta ApeGenomeDiversity, v katerem primerjajo vzorce sodobnih opic z zgodovinskimi primerki iz muzejev po vsej Evropi. Cilj je »najti nove vrste opic, ki so izumrle, a so se v preteklosti parile s trenutno živečimi vrstami«, pravi Marquès Bonet, strokovnjak za genomiko na Univerzi Pompeu Fabra v Barceloni.

Te raziskave bi sčasoma lahko pomagale zaščititi opice pred lovci in zbiratelji. Vsako leto na tisoče opic namreč ubijejo za meso ali ujamejo za trgovino z eksotičnimi hišnimi ljubljenčki. Genetski podatki bi lahko razkrili, kje so te opice živele, ko so jih ubili ali ujeli. Ekipa sodeluje z organizacijo za zaščito primatov, ki se imenuje Pan-African Sanctuary Alliance, njen cilj pa je ustvariti genetski atlas, s katerim bi lahko določili izvor opic, ki so bile žrtve nezakonite trgovine. Na te lokacije bi nato lahko poslali ekipe za boj proti divjemu lovu.

Da bi razširili svoje znanje o genomih opic, Marquès Bonet in njegovi sodelavci zbirajo vzorce iz opičjih izločkov. S to neinvazivno metodo lahko zberejo mnogo več vzorcev, kot bi jih sicer, in genetiko povežejo z lokacijo.

»Jasno lahko določimo, kateri šimpanzi so s severa države, kateri pa z juga,« razlaga Marquès Bonet.

Podobno kot pri projektu Gendangered so tudi pri projektu ApeGenomeDiversity muzejski primerki stari vsaj 100 let in predstavljajo genetsko bolj raznovrstne populacije.

Vse te informacije bodo znanstvenikom pomagale pri razumevanju izvora in dinamike genomskih variant pri živečih vrstah ter pri razumevanju vpliva teh dejavnikov na genetsko krajino trenutno živečih populacij. Ker so opice najbližji živeči sorodniki ljudi, bi podatki lahko pripomogli tudi k boljšemu razumevanju našega lastnega genoma.

–––––––––––

Raziskave, omenjene v tem članku, je Evropska unija financirala prek Evropskega raziskovalnega sveta in ukrepov Marie Skłodowska-Curie (MSCA). Članek je bil prvotno objavljen v reviji Horizon, reviji EU za raziskave in inovacije.