Секвенирован митохондриальный геном истребленной человеком птицы

Ученые из Европейского университета, Курчатовского института, Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН и других научных центров вместе с японскими коллегами секвенировали древнюю ДНК очкового баклана с острова Беринга.

Стеллеров, или очковый баклан Urile perspicillatus был важным источником пищи для населения Командорских островов, на него охотились моряки и промышленники, добывающие мех каланов и котиков. Хищническое истребление привело к вымиранию вида в середине XIX века. Единственным натуралистом, который видел на острове Беринга живых очковых бакланов, был Георг Вильгельм Стеллер (1709–1746), известный тем, что впервые описал стеллерову корову. Научное описание вида сделал Петр Симон Паллас в XIX веке по записям Стеллера.

Долгое время считалось, что Командорские острова были единственным местом обитания очкового баклана, но его останки найдены также в плейстоценовых отложениях на северо-востоке Японии. Преобладает мнение, что он был нелетающим и именно это облегчало охоту на него, однако исследование остатков показывает, что кости крыльев и плечевого пояса U. perspicillatus и его летающих родственников имеют сходное строение. Способность этого вида к полету остается предметом дискуссий.

До настоящего времени генетические данные об очковом баклане не были опубликованы. Российские и японские ученые реконструировали полный митохондриальный геном U. perspicillatus с острова Беринга и определили его филогенетическое положение среди современных видов семейства Баклановые (Phalacrocoracidae).

Образцы собрали участники экспедиции 2021—2025 гг., организованной лабораторией исторической экологии Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, в северо-западной части острова Беринга. Очковый баклан был существенно крупнее ныне живущих на острове родственных видов, и в целом крупнее всех ныне живущих бакланов. Это, как и выраженные морфологические отличия, облегчало видовую идентификацию. Для выделения ДНК были выбраны костные образцы двух особей. Тиботарзус (кость между бедром и цевкой в ноге птицы) оказался хорошим источником ДНК. Удалось получить покрытие митохондриальной ДНК 7.8х для одной особи и 28.7х для другой.

В итоге был впервые собран и аннотирован митохондриальный геном очкового баклана. Геном имеет длину 16 895 пар оснований и содержит 13 генов, кодирующих белки, два гена рибосомных РНК и 22 гена транспортных РНК.

Для филогенетического анализа использовали ген цитохром-с-оксидазы I (COI) и кодирующие последовательности митохондриальной ДНК (CDS). Результаты подтвердили принадлежность очкового баклана к роду Urile, который является сестринской кладой по отношению к роду Phalacrocorax. Крупный размер более характерен для видов Phalacrocorax, однако генетический анализ однозначно помещает вымерший вид в род Urile. Ранее выдвигалась гипотеза, что предки Urile и Phalacrocorax разошлись примерно 9 млн лет назад.

Очковый баклан оказался ближайшим родственником ныне живущего берингова баклана U. pelagicus., который, как и краснолицый баклан U. urile, обитает в прибрежных зонах Северной части Тихого океана. По данным филогенетического анализа, предки очкового баклана могли отделиться от других видов Urile примерно 6,72 млн лет назад. В это время в Северной части Тихого океана происходили серьезные климатические изменения («миоценовое похолодание»), что могло повлиять на продуктивность моря и способствовать дивергенции таксонов прибрежных птиц.

Буквально на следующий день на bioRxiv был размещен препринт статьи исследователей из Новой Зеландии, Великобритании и США об исследовании митохондриальной ДНК очкового баклана. Результаты по дивергенции таксонов оказались сходными — по их данным, очковый баклан также относится к роду Urile, а не Phalacrocorax, его предки отделились от предков U. pelagicus и U. urile примерно 6,98 млн лет назад и впоследствии пережили «бутылочное горлышко» (сильное снижение численности), не связанное с истреблением этого вида людьми.

На вопросы PCR.NEWS отвечают авторы исследования — к.б.н. Артем Недолужко, научный руководитель Лаборатории палеогеномики Европейского университета (Санкт-Петербург) и д.б.н. Аркадий Савинецкий, зав. Лабораторией исторической экологии ИПЭЭ им. А.Н. Северцова (Москва).

В чем трудность исследования древней ДНК птиц?

[АН]: Работа с фрагментированной и загрязненной древней ДНК сама по себе рождает ряд методических трудностей. В случае птиц, к ним добавляется своеобразие их костного материала, он хрупкий и пористый. Подобная структура ускоряет проникновение воды и бактерий, которые разрушают органические вещества, включая ДНК. Кроме того, кости баклана были собраны на побережье острова Беринга, подобная среда также может быть агрессивной к генетическому материалу.

Ваши зарубежные коллеги называют очкового баклана «частью прибрежной экосистемы, связанной с водорослями». Это объединяет его со стеллеровой коровой, численность которых тоже сократилась из-за смены климата?

[АС]: Да, действительно, очковый баклан, как и стеллерова корова, является частью прибрежных экосистем, так называемых водорослевых лесов (kelp forests), однако причины изменения их численности пока не очень ясны. В настоящее время в нашей Лаборатории исторической экологии проводится исследования по динамике климата этого региона, а также определения изменений изотопного состава костей этих двух видов, что возможно, даст нам информацию о причинах изменения их численности.

Работа поддержана Российским Научным Фондом (проект: 25-24-01007)

Геном шерстистого носорога получен из образца, найденного в желудке мумифицированного волчонка