07.08.2014

Потепление климата работает против гомозиготных особей

Европейские биологи суммировали данные по популяционной динамике морских котиков, обитающих на антарктических островах. Их колонии, пережив период восстановления численности, теперь снова подошли к периоду депрессии. Но современная депрессия вызвана не промыслом, а потеплением, особенно явно проявившемся в Антарктике. Потепление, как показано раньше, серьезно подрывает кормовую базу морских котиков. Данные по генетическому разнообразию котиков, собранные за 30-летний период, выявляют связь между уменьшением пищи и выживанием различных генетических вариантов. Как выяснилось, гомозиготные самки хуже переносят ограниченный рацион, имеют меньшую плодовитость, позже приступают к размножению. Гетерозиготность у самок повышает их жизнестойкость, в каждом следующем поколении доля размножающихся гетеозиготных самок заметно увеличивается. Так работает отбор, убирая из популяции гомозигот с вредными мутациями и предоставляя отсрочку для выработки нужных приспособлений.

Кергеленские морские котики Arctocephalus gazella, населяющие острова Антарктики, имеют исключительно интересную демографическую историю. Они были обнаружены в конце XVIII века, а уже в начале XIX века североамериканские и британские моряки, обустроив на островах зверобойные базы, начали на них охоту. Например, на Южных Шетландских островах котиков начали бить в 1819 году. За следующие четыре года было выбито около 320 тысяч голов. Их добывали, в том числе, ради шкур, которые после удаления грубых остевых волос превращались в дорогой товар. Уже через 6 лет, в 1825 году, промысел свернули, так как котиков в основном перебили. В течение следующих 40 лет кергеленских котиков истребили практически на всей территории архипелага, и к 1870 году остались жалкие единицы некогда колоссальной популяции. Так, на Шетландских островах единственное упоминание о котике относится к 1902 году: участники шведской антарктической экспедиции записали, что поймали одного зверя и съели.

Следующее появление морских котиков отодвинулось более чем на полвека, когда исследователи обнаружили группу из 27 животных и среди них одного детеныша. Вслед за этим на острова Антарктического архипелага была быстро организована экспедиция, и участники ее наблюдали маленькие (от единиц до десятков) популяции котиков на разных островах. Один из ученых, Ф. О’Горман (F. A. O’Gorman), организатор этой поисковой экспедиции, так прокомментировал свои наблюдения (F. A. O'Gorman, 1961. Fur Seals Breeding in the Falkland Islands Dependencies):

К сожалению, невозможно получить никакой другой информации о дальнейшем развитии этой группы [на Южных Шетланских островах], хотя такая информация и представляет безусловный интерес для биологии: ведь это одна из немногих колоний млекопитающих, естественный рост которой можно изучить с самого ее начала.

Действительно, трудно найти пример естественной популяции, развивающейся вдали от человеческого влияния, которая прошла через настоящее бутылочное горлышко фактически на наших глазах и затем постепенно восстанавливается от единичных особей.

В середине XX века кергеленский морской котик получил статус охраняемого вида, и численность колоний быстро восстановилась. Сейчас популяции морских котиков по всему ареалу стабильны и насчитывают около 1,5 млн голов. Между тем, современное потепление, которое особенно четко регистрируется по побережью и островам Антарктики, ведет к новому снижению численности кергеленского котика.

Желание О’Гормана проследить рост популяции с самого ее зачина, прозвучавшее со страниц Nature больше полувека назад, теперь исполнилось. Тот же Nature опубликовал исследование двух европейских биологов, Жауме Форкады (Jaume Forcada) из Британской антарктической службы и Джозефа Хоффмана (Joseph Ivan Hoffman) из Билефельдского университета (Германия) о современных изменениях в популяционной генетике морского котика. Это желание исполнилось даже больше, чем хотел О’Горман: теперь можно не только реконструировать динамику численности популяций с учетом смертности, пополнения и миграций, но еще анализировать генетический полиморфизм, о чем в 60-е годы даже не мечталось. К тому же зоологи совместили данные о генетическом полиморфизме котиков с характеристиками современных климатических изменений. Это добавило исследованию еще одно измерение.

Остров Южная Георгия, где обитает большая популяция котиков, стал основным районом исследования. Здесь начиная с 90-х годов стали явственно ощущаться признаки потепления. Ученые базировали свои исследования на 30-летнем ряде данных с 1982-го до 2012 года. Они оперировали биометрическими показателями (длина и вес тела), возрастом наступления половой зрелости самцов и самок, возрастом первых родов у самок, а также оценками их плодовитости; кроме того, имелись аккуратные данные по полиморфизму 9 локусов у представительной выборки самцов, самок и детенышей из каждой генерации.

Самые четкие тренды, которые выводятся из этих данных, свидетельствуют об ухудшении условий жизни колонии, в первую очередь для самок. У них увеличивается возраст первых родов, самки начинают рожать при более высокой массе тела. Вес новорожденных детенышей при этом снижается.

Самое важное, что удалось доказать, — постепенное снижение доли гомозиготных самок. Среди первородящих самок доля гомозиготных особей уменьшается, соответственно увеличивается доля гетерозигот. За 20 лет доля гетерозиготных самок увеличилась на 17%, или около 8,5% на генерацию дочерей. Доля гетерозиготных детенышей и самцов не изменилась.

Ученые предложили такую цепочку причин и следствий. Увеличение поверхностной температуры ведет к снижению биомассы криля, а это главная составляющая рациона котиков. Поэтому для самок (самцы во время гона не питаются, сильно теряя в весе) снижается доступность и количество необходимой пищи, они вынуждены вынашивать и выкармливать детенышей в полуголодных условиях. В этой критической ситуации вредные или слабовредные мутации, накопившиеся в период благоденствия, проявляются у гомозигот и отрицательно сказываются на их жизнестойкости. Такие особи меньше размножаются. У гетерозиготных особей влияние этих мутаций минимальное, поэтому и выживаемость и плодовитость у них выше. Гетерозиготные особи способны даже в критических условиях оставить потомство. Сама по себе гетерозиготность не является приспособлением, но это отсрочка, дающая время животным с длинным жизненным циклом выработать необходимые приспособления.

Интерес к кергеленским морским котикам исключительно высок. Во-первых, это охраняемый вид. Во-вторых, усилия по восстановлению его численности оказались не напрасными. Вот почему по этому виду ведутся весьма любопытные работы. Одно из направлений — получить представление о древних популяциях котиков и их численности. Ее можно оценить по концентрации шерстинок котикового меха в древних слоях почвы (вот какой оригинальный метод придуман!). Чем она выше, тем выше была численность — ведь линяют животные всегда примерно одинаково. Эти оценки подтверждают, что численность колоний была и раньше подвержена сильным колебаниям: эта величина могла меняться на порядок и даже больше. Кроме того, во время потеплений численность морских котиков резко снижается. Так что современное снижение численности закономерно и не уникально, в отличие от сокращения численности в XIX веке, вызванного жестоким промыслом.

Хотелось бы верить, что огромный пласт информации по генетике древних популяций котиков будет востребован и его можно будет сравнить с данными по современным животным. Ведь это история об эволюции, рассказанная самими участниками событий, история из первых уст.

Источники:

1. elementy.ru