Нелетающие птицы Новой Зеландии избавились от части мутационной нагрузки за 10 000 лет изоляции

Полногеномное секвенирование нелетающих попугаев Новой Зеландии какапо (Strigops habroptilus) показало необычную особенность: несмотря на 10 000 лет изоляции на территории небольших островов и инбридинга, их геном эффективно избавлялся от потенциально вредных вариантов. Оказалось, что особи, населяющие остров Стьюарт, несут меньше мутаций, чем практически вымершие популяции крупных островов Новой Зеландии.

До переселения людей на территорию Новой Зеландии численность какапо составляла сотни тысяч особей. К 1995 году число какапо катастрофически уменьшилось: 50 особей обитали на острове Стьюарт, на территории крупного Южного острова оставалась единственная особь — самец по кличке Ричард Генри. По сравнению с 1800-ми годами было потеряно около 70–80% генетического разнообразия популяции, наблюдалось явное снижение приспособленности особей. С тех пор ситуация несколько улучшилась: на сегодняшний день размер популяции составляет более 200 птиц.

В работе анализировали геномы 49 особей: 36 птиц, переживших «бутылочное горлышко» 1990-х годов (Ричард Генри и 35 особей с острова Стьюарт), и 13 геномов из музейных образцов возрастом около 130 лет, принадлежащие птицам из некогда гигантской, но не так давно практически вымершей основной новозеландской популяции.

Авторы исследования подтвердили, что какапо с острова Стьюарт были изолированы там около 10 000 лет, а не завезены людьми 500 лет назад, как многие предполагали из-за отсутствия ископаемых остатков. Для популяции этого острова были более характерны протяженные гомозиготные участки, результат инбридинга. Тем не менее, у попугаев с острова Стьюарт мутационная нагрузка в 1,1 раз меньше, чем у практически вымерших популяций с больших островов. Если рассматривать мутации, связанные с потерей функций генов, то их меньше в 1,9 раз.

В маленькой популяции, проживающей на компактной территории, неизбежно происходит инбридинг — скрещивание близкородственных организмов. На фоне инбридинга вредные мутации могут переходить в гомозиготное состояние, что приводит к гибели части потомков или снижению их приспособленности и повышает вероятность полного вымирания популяции. С другой стороны, иногда в случае гибели потомка с вредными аллелями в гомозиготном состоянии, эти аллели быстро «вымываются». Такой процесс называется очищающим отбором. Вероятно, именно это и произошло в популяции какапо с острова Стьюарт.

Исследователи уверены, что полученные результаты можно использовать на практике для сохранения какапо: например, для выбора особей для разведения. По словам Лава Далена, одного из авторов работы, сотрудника Центра палеогенетики и Шведского музея естественной истории, в геноме Ричарда Генри было больше вредных мутаций, чем у птиц с острова Стьюарт. С другой стороны, этот самец значительно отличался генетически, и его потомки могут привнести полезное генетическое разнообразие. Необходимо внимательно следить за генотипами и фенотипами потомков Ричарда Генри, чтобы убедиться, что они не вносят вредные мутации в генетический пул какапо.

«Наши результаты являются хорошей новостью не только для какапо, но и для сохранения других высокоинбредных и изолированных видов, поскольку они предполагают, что при некоторых обстоятельствах возможно выживание небольших популяций, даже если они будут изолированы на протяжении сотен поколений», — комментирует другой автор исследования, Брюс Робертсон из Университета Отаго, изучавший генетику какапо 25 лет.

Авторы планируют продолжить изучение других исчезающих видов птиц и млекопитающих. Важно выяснить, является ли современное состояние популяции какапо редким исключением на фоне вымирания других редких и малочисленных видов из-за тяжести генетического груза.