Инбридинг очистил геном редких японских голубей от вредных мутаций. Это помогло им быстро восстановить численность после почти полного вымирания

Зоологи объяснили, как красноголовым японским вяхирям — редким голубям, которые живут только на островах Огасавара — удалось быстро увеличить численность после того, как они почти исчезли по вине человека. Исследователи выяснили, что популяция птиц всегда была сравнительно небольшой и сталкивалась с инбридингом, что позволило отбору очистить ее генофонд от большинства вредных мутаций. Когда численность красноголовых японских вяхирей дополнительно сократилась в результате человеческой деятельности, близкородственное скрещивание не привело к снижению приспособленности. После устранения основной угрозы — одичавших кошек — популяция этих птиц, не отягощенная генетическим грузом, смогла быстро увеличиться. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Communications Biology.

Резко сократившиеся популяции сталкиваются с пагубными последствиями близкородственного скрещивания. В частности, в них падает уровень гетерозиготности, из-за чего рецессивные вредные мутации, которые присутствовали в генофонде в гетерозиготном состоянии, регулярно становятся гомозиготными и проявляются фенотипически. В результате представители таких популяций чаще страдают от проблем со здоровьем, хуже размножаются и раньше умирают. Это замедляет восстановление их численности и может привести к вымиранию даже при активных природоохранных мерах.

Впрочем, известны случаи, когда почти исчезнувшие животные после устранения прямых антропогенных угроз быстро восстанавливали численность несмотря на инбридинг. В качестве примера можно привести северных морских слонов (Mirounga angustirostris), островных лисиц (Urocyon littoralis) и сейшельских райских мухоловок (Terpsiphone corvina). Зоологи предполагают, что успех таких видов связан с низким генетическим грузом. Вероятно, их популяции в прошлом уже проходили через периоды низкой численности или всегда были небольшими, из-за чего большинство вредных мутаций в результате инбридинга успели перейти в гомозиготное состояние, стали видимыми для отбора и были им отсеяны им. Этот

Ранее мы рассказывали об этом механизме на примере вакит (Phocoena sinus) и популяции какапо (Strigops habroptila) с острова Стьюарт.

в сочетании с генетическим дрейфом способствовал очищению генофонда от опасных мутаций, благодаря ему приспособленность таких видов не снизилась при сокращении численности по вине человека.

Команда зоологов под руководством Даити Цудзимото (Daichi Tsujimoto) из Киотского университета решила проверить, применима ли эта гипотеза к красноголовым японским вяхирям (Columba janthina nitens) — редким голубям, которые обитают только на архипелаге Огасавара (Бонин) примерно в 1000 километров к югу от Хонсю. Дикая популяция этих птиц сильно пострадала из-за вырубки лесов и хищничества завезенных людьми одичавших кошек (Felis catus). К 2008 году она сократилась до менее 80 особей. Переломить ситуацию удалось лишь благодаря программе по отлову кошек на острове Титидзима — одном из самых крупных в архипелаге. С 2010 по 2013 год здесь поймали 131 кошку из примерно 150. Благодаря этому за тот же период местная популяция красноголовых японских вяхирей

Некоторым эндемичным птицам Огасавары повезло меньше, чем красноголовым японским вяхирям. Бонинские голуби (Columba versicolor), бонинские дрозды (Zoothera terrestris) и дубоносовые чечевицы (Carpodacus ferreorostris) полностью вымерли в результате человеческой деятельности.

до 966 взрослых и 189 молодых особей.

Цудзимото и его коллеги секвенировали ДНК восьми красноголовых японских вяхирей из дикой популяции, восьми их сородичей из

В зоопарке Уэно красноголовых японских вяхирей разводят с 2001 года. Основателями популяции были три особи, которых скрещивали с их потомками, что привело к сильному инбридингу. Однако позднее в нее ввели еще 12 диких особей. По состоянию на 2022 года в Уэно жило около 200 представителей подвида.

и восьми японских вяхирей номинативного подвида (C. j. janthina), который широко распространен на небольших островах у побережья Корейского полуострова и главных островов Японского архипелага. Сначала авторы рассчитали для каждой особи коэффициент геномного инбридинга (FROH) — долю, которую занимают на аутосомах гомозиготные участки длиной более 0,1 мегабазы. Для японских вяхирей номинативного подвида этот показатель составил в среднем 0,02. Однако у красноголовых японских вяхирей из дикой популяции и из Уэно FROH в среднем равнялся 0,84 и 0,88 соответственно. Эти результаты указывают на высокий уровень близкородственного скрещивания у красноголовых японских вяхирей в прошлом, причем как в недавнем, так и в более отдаленном.

На следующем этапе исследователи подсчитали количество нонсенс-мутаций — точечных мутаций, которые приводят к появлению стоп-кодона и преждевременно останавливают синтез белка — в геномах особей из выборки. У красноголовых японских вяхирей из дикой популяции и из зоопарка было выявлено 13 таких мутаций, восемь из которых закрепились (то есть достигли стопроцентной частоты). У их сородичей номинативного подвида авторы обнаружили 96 нонсенс-мутаций, одна из которых практически закрепилась. Соотношение нонсенс-мутаций к синонимичным у красноголовых японских вяхирей оказалось значительно ниже, чем у представителей номинативного подвида (p < 0,01). Полученные результаты свидетельствуют, что отбор эффективно удалил большинство вредных мутаций из генофонда красноголовых японских вяхирей (но не их сородичей номинативного подвида).

Чтобы оценить влияние генетического груза на красноголовых японских вяхирей, Цудзимото и его коллеги сравнили продолжительность жизни 119 особей этого подвида, рожденных в неволе, с коэффициентом инбридинга каждой из них. Статистически достоверной связи между этими показателями выявить не удалось. Таким образом, близкородственное скрещивание не сокращает жизнь красноголовых японских вяхирей. На финальном этапе исследователи реконструировали популяционную динамику этого подвида при уровне рекомбинации макрохромосом в один и два сантиморгана на одну мегабазу. В первом

Уровень рекомбинации макрохромосом у красноголовых японских вяхирей неизвестен, поэтому для расчетов авторы использовали значения, характерные для большинства видов птиц.

популяция резко снизилась с примерно 8204 особей в 1892 году до 88 особей в 1957 году, после чего выросла до 498 особей в 2007 году. Во втором случае она уменьшилась с 1382 особей в 1957 году до 56 особей в 1985 году, после чего увеличилась до 117 особей в 2007 году. По словам авторов, полученные цифры не точно соответствуют наблюдаемым (в реальности численность красноголовых японских вяхирей начала расти только после 2010 года), однако дают приблизительное представление о динамике численности подвида.

Таким образом, красноголовые японские вяхири вошли в бутылочное горлышко в 1900-1950 годах, когда на островах Огасавара жило больше всего людей и вырубка лесов была наиболее интенсивной. Начиная с этого периода на фоне резкого падения численности подвида среди его представителей усилилось близкородственное скрещивание. Однако из-за того, что ранее популяция красноголовых японских вяхирей на протяжении долгого времени оставалась относительно небольшой (примерно 1000-8000 особей) и уже сталкивалась с инбридингом, естественный отбор успел очистить ее генофонд от большинства вредных мутаций. Поэтому приспособленность подвида не снизилась из-за близкородственного скрещивания, происходившего в XX-XXI веках. Благодаря этому красноголовым японским вяхирям, не отягощенным генетическим грузом, удалось быстро восстановить численность после почти полного устранения основной угрозы — одичавших кошек. По словам исследователей, у красноголовых японских вяхирей хорошие шансы восстановить численность до исходного уровня. Тем не менее низкое генетическое разнообразие может снизить их способность адаптироваться к меняющимся условиям среды. Чтобы обеспечить безопасное будущее этому подвиду, авторы рекомендуют продолжить программу по его разведению в неволе и наладить постоянный генетический мониторинг.

В прошлом году японские власти объявили об успешном завершении проекта по искоренению инвазивных малых мангустов (Urva auropunctata) на острове Амамиосима. В последний раз одного из них поймали здесь в 2018 году. А спустя шесть с половиной лет специалисты наконец признали Амамиосиму полностью свободной от этих захватчиков. Это отличная новость для редких лазающих зайцев (Pentalagus furnessi) и другой аборигенной фауны острова, численность которой сильно сократилась из-за хищничества мангустов.

Источник