Одна из самых очаровательных больших кошек природы настолько инбредна, что этот вид может быть обречен
Мало кто не согласится: гепарды - существа впечатляющие. Эти величественные кошки - смелые спринтеры Серенгети, разгоняющиеся со взрывной скоростью, которая, по оценкам, достигает 75 миль в час, и разгоняется от 0 до 60 миль в час так же быстро, как Ferrari 458 Italia или Porsche 911. Эволюционные изменения в сердце этого вида, дыхательная система, мышцы и конечности принесли им титул самых быстрых наземных животных. К сожалению, несмотря на известность этого вида, гепард находится под угрозой исчезновения.
Хотя в недавней истории численность гепардов была уменьшена из-за браконьерства, потери среды обитания и незаконной торговли домашними животными, их уязвимость уходит корнями в еще более глубокие корни. Так кто или что виноват? Вы можете удивиться, узнав, что ответ - не что иное, как эволюция.
Гепарды чрезвычайно инбредны. Вы можете даже назвать их королевскими особами семейства кошачьих из-за того, насколько они врожденные. Возможно, вы знаете, что генетические различия между людьми означают, что при пересадке органа мы должны принимать интенсивные подавляющие иммунную систему препараты, чтобы наши тела не отторгали этот орган, даже если он от родителя или брата или сестры. С другой стороны, гепардам не пришлось бы этого делать, потому что они генетически очень похожи друг на друга. Если гепарду нужна была пересадка почки, он, вероятно, мог получить ее от любого другого человека. Братья и сестры, троюродные братья, дважды удаленные, и даже совершенно незнакомые люди на другом конце Африки, вероятно, могли бы пожертвовать почку другому гепарду.
Возможно, потребуется только новый вирус или изменившийся климат, чтобы навсегда уничтожить гепарда.
Недавнее исследование Стивена Дж. О'Брайена и его коллег направлено на точную количественную оценку генетического сходства гепардов путем секвенирования геномов семи особей: четырех из Намибии и трех из Танзании. Исследователи изучили несколько различных показателей генетической изменчивости и обнаружили, что гепарды умерли последними почти во всех категориях среди изученных авторов, подчеркнув уменьшение вариабельности в их геномах.
Хотя возможность получить донорский орган от любого человека вашего вида может показаться привлекательной, чрезмерная инбредность может привести к увеличению частоты вредных черт. Это может привести к снижению приспособленности всей популяции - феномену, известному как инбридинговая депрессия. Потенциальным примером этой депрессии инбридинга является то, что гепарды не имеют большого успеха в размножении, вероятно, из-за того, что у гепардов высокая доля уродливой спермы. Ученые, ответственные за новое исследование, предположили, что это связано с накоплением чрезмерного количества вредных мутаций в генах, связанных с воспроизводством. Инбредность также означает, что род с меньшей вероятностью будет развиваться в ответ на новые условия окружающей среды или патогены. Чтобы естественный отбор работал, необходимы генетические вариации. Так что, если вариации отсутствуют, виды просто не могут адаптироваться. Возможно, потребуется только новый вирус или изменившийся климат, чтобы навсегда уничтожить гепарда.
Так что же заставило гепардов достичь такого ужасающе низкого уровня генетической изменчивости? Преобладает гипотеза, что гепарды испытали то, что известно как генетическое узкое место. Подобно тому, как бутылка сужается от основания к горлышку, генетическое узкое место возникает, когда генофонд сужается до доли от своего прежнего разнообразия. Это может произойти в результате стихийного бедствия, например, из-за вулкана, уничтожившего все население, кроме небольшой. С другой стороны, это может произойти через расселение в новую среду обитания, явление, известное как эффект основателя. Если популяция расселяется на новом месте и изолирована от исходной популяции, возможно, из-за труднопреодолимой реки, поток генов прекратится. В результате эта небольшая популяция основателей может содержать лишь мизерную часть исходного генофонда. Другими словами, вид может развиваться и становиться менее адаптируемой популяцией через генетические узкие места. Выживание наиболее приспособленных - не единственный способ эволюции.
Используя сложное моделирование эволюции, авторы подсчитали, что событие-основание современных гепардов произошло более 100 000 лет назад, что привело к первоначальному снижению генетической изменчивости. Затем, примерно 12 000 лет назад, популяция снова упала, унеся с собой множество вариантов генов, что привело к сегодняшним инбредным гепардам. Что могло привести к этим генетическим узким местам?
Несмотря на то, что гепарды внешне похожи на пятнистого ягуара и леопардов, на самом деле они относятся к типу маленьких кошек (Felinae), более тесно связанных с вашими доморощенными полосатыми кошками, чем с этими большими рычащими кошками (Pantherinae). Фактически, сравнение ДНК позволяет предположить, что ближайшими родственниками гепарда являются американская пума (Puma concolor) и кошка меньшего размера, известная как ягуарунди (Puma yagouaroundi), которая простирается от Южной Америки до Мексики. Современные гепарды в настоящее время живут в Африке, небольшая популяция выживает в Иране, хотя раньше они обитали в большей части Азии и Европы.
Итак, какая родословная где разошлась? Авторы указывают на окаменелости «американских гепардов» (Miracinonyx), которые были анатомически очень похожи на современных гепардов, и предполагают, что сегодняшние гепарды возникли в Северной Америке и перебрались в Азию по сухопутному мосту, а затем снова распространились в Африку. Они утверждают, что азиатское расселение могло вызвать первое генетическое узкое место, а африканское расселение было связано со вторым узким местом. Это повествование было подхвачено многими новостными агентствами, возможно, потому, что интересно думать, что такое культовое африканское млекопитающее имеет американское происхождение.
Однако авторы также отмечают, что древний анализ ДНК предполагает, что «американские гепарды» на самом деле были более тесно связаны с пумой и ягуарунди, чем настоящие гепарды. Кроме того, в Европе или Азии были обнаружены окаменелости вымершего вида пумы (Puma pardoides), что позволяет предположить, что вместо этого пумы, ягуарунди и «американские гепарды» произошли от одной или нескольких линий, распространившихся от Азии до Северной Америки. Стоит отметить, что предполагаемое время появления второго узкого места 12 000 лет назад совпадает с вымиранием позднего плейстоцена, во время которого вымерли многие крупные млекопитающие, в том числе «американские гепарды». Исследователи предполагают, что эти исчезновения были вызваны изменением климата, чрезмерным хищничеством людей или обоими этими факторами. Примечательно, что африканских млекопитающих в значительной степени пощадили, но, возможно, гепард едва пережил это событие вымирания, и в результате возникло генетическое узкое место.
Как бы то ни было, узкие места, с которыми столкнулись гепарды, привели к тому, что у этого вида резко сократился генофонд (генная лужа?). В результате этот великолепный вид постоянно находится под угрозой исчезновения, будь то из-за человеческих взаимодействий или иным образом. Несмотря на то, что эволюция повлияла на этот вид, он все еще зарабатывает себе на жизнь охотой на антилоп и другую добычу в африканских саваннах. Хотя это может показаться проигрышным сражением, пока оно продолжает удивлять людей своей красотой и скоростью, есть хороший шанс, что усилия по сохранению защитят гепардов от всего, что угрожает их уничтожить.
Кристофер Эмерлинг - научный сотрудник Национального научного фонда в Музее зоологии позвоночных Калифорнийского университета в Беркли. Эта статья изначально появилась на образовательном веб-сайте Understanding Evolution, управляемом Музеем палеонтологии Калифорнийского университета и Национальным центром естественнонаучного образования.