Sådan hjælper genomet fra et uldhåret næsehorn med at forstå dets mystiske udryddelse

Dyreoplysninger » Insectos » Sådan hjælper genomet fra et uldhåret næsehorn med at forstå dets mystiske udryddelse

For et par siden 14.400 årI et frossent landskab i det nordøstlige Sibirien spiste en ulveunge, blot et par uger gammel, et stykke kød, uvidende om, at det ville blive observeret tusinder af år senere. Dette måltid, bevaret i permafrosten inde i dens mave, har afsløret vigtige detaljer om... genomet af et uldhåret næsehorn og om hvordan denne symbolske istidsart forsvandt.

Opdagelsen har gjort det muligt for et internationalt forskerhold, med stærk deltagelse fra nordiske forskningscentre, at genfinde og sekventere for første gang Komplet genom af et uldhåret næsehorn udtaget fra væv indtaget af et rovdyrResultaterne peger på en hurtig udryddelse forbundet med stærk klimaopvarmning og ikke på progressiv genetisk udtømning eller vedvarende menneskelig jagtpres.

En frossen hvalp og et uventet sidste måltid

Historien begynder i 2011, da elfenbensjægere fandt sted i nærheden af ​​landsbyen TumatI det afsidesliggende nordøstlige Rusland findes de næsten intakte rester af en gråulveunge fanget i Sibirisk permafrostDyret, en hun mellem syv og ni uger gammel, menes at være død pludseligt efter at dens hule kollapsede på grund af et jordskred under slutningen af ​​den sidste istid.

Dens bevaringstilstand overraskede forskerne: liget var naturligt mumificeret, og meget af det indre væv, inklusive maveindholdet, forblev i usædvanlig god stand. Under obduktionen, udført i et laboratorium i Wien og senere analyseret i Center for Palæogenetik Fra Stockholm, en lille vævsfragment på cirka 3×4 centimeter i dyrets mave.

Først var det stykke kød dækket af gullig pels Det blev tilskrevet et andet stort megafauna-pattedyr, såsom en formodet huleløve. Analysen af Mitokondrie-DNASammenlignet med databaser over nuværende og uddøde pattedyr viste den en næsten perfekt overensstemmelse med Coelodonta antiquitatis, The uldne næsehorn der dominerede de kolde stepper i Eurasien i hundredtusinder af år.

Kulstof-1-datering placerede både ulveungen og vævsfragmentet omkring 14.400 år gammelDette skete lige på tærsklen til artens forsvinden i Sibirien. Med andre ord havde den lille ulv spist et af de yngste kendte eksemplarer af uldhåret næsehorn, blot et par hundrede år før dets endelige udryddelse ifølge fossilarkivet.

Sekventering af et genom fra et rovdyrs mave

Det var ingen nem opgave at omdanne det stykke halvfordøjet kød til et komplet og pålideligt genom. ADN-antiguo Den ankommer normalt meget fragmenteret, i minimale mængder og blandet med genetisk materiale fra andre organismer, i dette tilfælde fra ulven selv og fra mikrober forbundet med nedbrydning.

I Stockholms Center for PalæogenetikI et samarbejde mellem Stockholms Universitet og Sveriges Naturhistoriske Museum, med deltagelse af Uppsala Universitet, udviklede forskere en yderst omhyggelig forsøgsprotokol for at maksimere genvindingen af ​​nyttigt DNA. Holdet omfatter fremtrædende personer som f.eks. Kærlighed Dalén, Camilo Chacón-Duque y Solveig Gudjónsdóttir, anvendte specialiserede rene laboratorieinfrastrukturer og sekventeringsteknikker med høj dækningsgrad.

Resultatet blev en højkvalitetsgenom af næsehornet, med tilstrækkelig dækning til at foretage detaljerede sammenligninger med andre eksemplarer. Ifølge forfatterne er dette det første dokumenterede tilfælde, hvor rekonstruerer det komplette genom fra et istidsdyr bevaret i maven på et andet dyr og desuden af ​​det uldhårede næsehorn, der var tættest i tid på sin udryddelse, for hvilket der findes sådan fuldstændig genetisk information.

Meget af det genvundne væv blev forbrugt i laboratorieforsøg, selvom en intakt fraktion stadig er bevaret på det svenske centers faciliteter til fremtidige studier. Disse typer prøver er yderst værdifulde, fordi det i paleogenomik er almindeligt at arbejde med meget små stikprøvestørrelser og materialer med en begrænset fossildatabase.

Sammenligning med andre uldne næsehorn

Med genomet fra det såkaldte Tumat-individ i hånden sammenlignede forskerne det med to andre Sibiriske uldne næsehorn tidligere undersøgt, dateret til ca. 18.000 og 49.000 årMålet var at rekonstruere artens genetiske historie over de sidste titusinder af år og at kontrollere, om den typiske forværring, der ledsager en langvarig demografisk tilbagegang, blev observeret, efterhånden som dens forsvinden nærmede sig.

Blandt de analyserede indikatorer var heterozygositet (et mål for genetisk diversitet), tilstedeværelsen af lange homozygote segmenter (ROH, forbundet med nylig blodsbeslægtning) og den såkaldte skadelig genetisk belastningDet vil sige akkumulering af mutationer, der potentielt er skadelige for langsigtet overlevelse.

De tre individer udviste meget lignende niveauer af genetisk diversitet, uden indikation af et nyligt fald i effektiv populationsstørrelse eller alvorlige indavlsepisoder. Andelen af ​​genomet inden for homozygote regioner var høj, men stabil, og kun én En meget lille procentdel svarede til lange segmenter der ville afsløre krydsning mellem nære slægtninge i de seneste generationer.

Byrden af ​​mutationer med stor effekt forblev også praktisk talt konstant i alle tre prøver. I stedet for en art i klar genetisk tilbagegang tegner billedet sig med små, men stabile populationer i tusinder af år, uden spor af et langvarigt kollaps før udryddelse.

Et hurtigt kollaps midt i klimaomstillingen

For at forstå, hvad der skete, vendte forskerne sig mod demografiske modeller som f.eks. PSMChvilket muliggør rekonstruktion af ændringer i populationsstørrelse over tid fra et enkelt genom. De resulterende kurver peger på en gradvis reduktion i antallet af næsehorn gennem hele den sene pleistocæn, noget man kunne forvente på grund af de miljømæssige variationer, der er typiske for istider, men uden tegn på pludseligt kollaps før meget nær slutningen.

Dataene passer med et scenarie, hvor arten opretholdt levedygtige og genetisk sunde populationer indtil et par århundreder før dens forsvinden. Alt tyder på, at den primære udløser var en episode af brat opvarmning ved slutningen af ​​istiden, forbundet med den varme periode kendt som Bølling-Allerød eller det sene glaciale maksimum, som begyndte for omkring 14.700 år siden og varede i omkring 1.800 år.

I løbet af dette interval steg temperaturerne hurtigt igen, de kolde, tørre stepper – det ideelle levested for uldhårede næsehorn – forvandlede sig til vådere, mere skovklædte landskaber, og Eurasisk steppe-tundra der understøttede den pleistocæne megafauna, skrumpede drastisk ind. I løbet af 300 eller 400 årMed blot et blink med øjet forsvandt det miljø, som denne store planteæder var perfekt tilpasset til, på evolutionær skala.

Dermed understøtter den nye undersøgelse hypotesen om en hurtig udryddelse forbundet med klimaforandringerI stedet for en lang proces med genetisk erosion bukkede det uldhårede næsehorn, i hvert fald i Sibirien, under, ikke fordi det allerede var svækket, men fordi dets verden ændrede sig for hurtigt til at muliggøre effektiv tilpasning.

Hvilken rolle spillede mennesker?

Udryddelsen af ​​istidens megafauna har skabt debat i det videnskabelige samfund i årtier i Europa, Spanien og resten af ​​verden: var det primært et resultat af postglacial opvarmning eller udvidelsen af anatomisk moderne mennesker Og hvad med jagtpresset? I det specifikke tilfælde med det uldhårede næsehorn i det nordøstlige Sibirien tipper genomiske data balancen i retning af klimaet.

Mennesker havde været til stede i regionen i mindst 15.000 år før udryddelse I denne periode blev der ikke observeret tegn på tab af diversitet eller øget indavl i næsehornspopulationer. Disse tal stemmer overens med langvarig sameksistens mellem jæger-samlere og store planteædere uden en øjeblikkelig dødelig indvirkning på sidstnævnte.

Dette betyder ikke, at arten var sikker fra menneskelig aktivitet. Nogle hypoteser tyder på, at jagt kan have bidraget til at decimere populationer, der allerede var stressede af pandemien. tab af levested og miljømæssige udsving, især i mere tætbefolkede områder i Europa og Asien. De tilgængelige arkæologiske beviser for det nordøstlige Sibirien peger dog ikke på en intensiv og udbredt jagt af uldhårede næsehorn i den sidste fase af deres historie.

Et muligt yderligere spor stammer fra selve vævsprøven: dens rektangulære form har fået nogle forfattere til at antyde, at den kunne have været skåret med stenværktøjMåske som en del af en menneskelig jagt. Hvis det er tilfældet, ville ulveungen have tilgået resterne af et dyr, der var dræbt af mennesker, selvom denne fortolkning stadig debatteres, og der ikke er noget afgørende bevis for, at det var kød forarbejdet af menneskelige grupper.

Permafrost som et genetisk arkiv fra istiden

Ud over konklusionerne om udryddelsen af ​​det uldhårede næsehorn, demonstrerer tilfældet med Tumats kalv Permafrostens videnskabelige potentiale som et naturligt arkiv af gammelt DNA. De konstant lave temperaturer fungerer som en kæmpe fryser, der kan bevare blødt væv, maveindhold og endda fossiliseret afføring i tusinder af år.

Indtil for nylig fokuserede palæogenetikken primært på knogler og tænder, de materialer, der bedst modstår tidens tand. Den vellykkede sekventering af et næsehorns genom fra kød fundet i en ulves mave, sammen med andre nylige fund - såsom spor af DNA fra uldhårede næsehorn i koprolitter af hulehyæner—, åbner døren til ukonventionelle kilder til genetisk information.

For Europa og Spanien, hvor der også er fundet rester af pleistocæn megafauna i huler og udendørs områder, giver disse nye metoder mulighed for at genvinde Genomiske data for arter, der er dårligt repræsenteret i den klassiske fossilregistreringDe erfaringer, der er akkumuleret i nordiske centre, kan tjene som reference for projekter i kolde europæiske bjergkæder eller i velbevarede sedimentaflejringer.

Med forskernes egne ord går feltet fremad "i omvendt rækkefølge": med meget få rester Vi skal udnytte den tilgængelige information bedst muligt. Eksemplet med Tumat-ulven illustrerer, i hvilken grad en enkelt prøve, hvis den er velbevaret og analyseret med de rette værktøjer, kan forandre det, vi ved om en hel arts afslutning.

En lektion om udryddelser i tider med global forandring

Det billede, som undersøgelsen efterlader, er et billede af en genetisk robust uldhåret næsehornuden de typiske tegn på en art, der er dømt til indavl, som forsvinder på meget kort tid på grund af eksterne faktorer. I stedet for en langvarig demografisk tilbagegang, en pludseligt kollaps forbundet med den accelererede forsvinden af ​​dens økosystem.

Dette mønster har direkte konsekvenser for den nuværende biodiversitetskrise, både i Europa og på globalt plan. Selv populationer, der tilsyneladende genetisk sund De kan blive ekstremt sårbare, hvis ændringer i deres miljø sker for hurtigt, hvad enten det er pga. Global opvarmning, ændring af arealanvendelsen eller en kombination af flere faktorer.

Tilfældet med uldhårede næsehorn antyder også, at genetiske indikatorer alene måske ikke er nok til at forudsige en nært forestående udryddelse. En art kan opretholde en rimelig diversitet næsten til enden og stadig blive udryddet på bare et par generationer, hvis dens levesteder ændres drastisk. For bevaringspolitikker i Den Europæiske Union forstærker dette behovet for at kombinere genetisk sporing med detaljerede vurderinger af miljøændringer og tabet af nøgleområder.

Det, der begyndte som den "sidste nadver" for en pleistocæn ulveunge, er takket være palæogenetiske teknikker udviklet i europæiske institutioner blevet et privilegeret vindue ind i de sidste kapitler af historien om ... uldne næsehornAlt tyder på, at den ikke døde af indre forfald, men fordi den kolde, åbne verden, der havde formet den i hundredtusinder af år, på meget kort tid gav plads til et andet landskab, hvor den ikke længere havde en plads.

Relateret artikel:

Næsehornets bevaringsstatus: situation, trusler og fremtid