Новое секвенирование генома показывает, что инбридинг способствует сокращению численности косаток, находящихся под угрозой исчезновения.

Небольшой размер и изоляция находящейся под угрозой исчезновения популяции южных резидентных косаток на северо-западе Тихого океана привели к высокому уровню инбридинга. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Ecology and Evolution, это инбридинг способствовал их сокращению, которое продолжается по мере увеличения окружающих популяций косаток .

Новаторское новое исследование объединило современную геномику с десятилетиями тщательных полевых наблюдений. Международная группа исследователей заполнила большой пробел в нашем понимании того, почему популяция южных косаток не может процветать.

Недавно секвенированные геномы популяции из 73 китов показывают, что инбридинг является серьезной проблемой, в дополнение к антропогенным воздействиям, таким как отлов морских парков несколько десятилетий назад. Другие хорошо известные факторы, способствующие их сокращению, включают беспокойство, загрязняющие вещества и возможные ограничения добычи.

Снижая их выживаемость, инбридинг может сократить продолжительность жизни китов почти вдвое. Без генетического притока из других популяций или какого-либо другого значительного улучшения условий окружающей среды инбридинг, вероятно, продолжит снижаться.

«Эти результаты показывают, что депрессия инбридинга может существенно ограничить восстановление находящихся под угрозой исчезновения популяций», — заключили исследователи.

«Это тяжелая новость для всех, кто заботится об этой уникальной популяции косаток, так тесно связанных с Северо-Западом», — сказал Марти Кардос, генетик-исследователь из Северо-западного научного центра рыболовства NOAA и ведущий автор нового исследования. «В то же время это начинает отвечать на давние вопросы о том, почему значительные усилия по восстановлению не дали результатов, на которые мы надеялись, и какие варианты могут быть в будущем».

Секвенирован геном южного резидента

Исследование включает в себя первые важные результаты секвенирования генома южного жителя , которое началось в 2018 году. Оно было проведено в сотрудничестве с геномной компанией BGI и The Nature Conservancy.

В рамках проекта была расшифрована ДНК около 100 южных косаток, в том числе тех, которые умерли в последние годы. Он также изучал китов из других популяций в северо-восточной части Тихого океана.

«В течение долгого времени мы изо всех сил пытались понять, почему у этой популяции постоянно более низкие показатели выживаемости и рождаемости, чем у других косаток в регионе, и это исследование подчеркивает сильную связь между врожденными особями и повышенным риском смерти», — сказал Эрик Уорд. , статистик научного центра и соавтор исследования. «Это точка зрения, которой у нас никогда не было раньше, и она начинает заполнять пробел в нашем понимании».

Устранение известных угроз

Исторически исследователи сосредоточили внимание на трех основных угрозах для жителей Юга:

• Колебания добычи лосося
• Токсичные загрязнители
• Возмущение и шум от кораблей и других судов

В Плане восстановления NOAA Fisheries 2008 года инбридинг упоминается как проблема, но только недавно у ученых появилась технология для измерения его воздействия на популяцию.

Новое исследование показывает, что инбридинг сильно ограничивает рост и восстановление популяции, делая китов более уязвимыми для других угроз. Это подчеркивает настоятельную необходимость устранения других угроз для китов путем восстановления среды обитания лосося и других средств, сказал Брэд Хэнсон, научный сотрудник Северо-западного научного центра рыболовства в Сиэтле, который руководит полевыми исследованиями китов.

«Киты не обязательно умирают из-за инбридинга, они умирают преждевременно, потому что инбридинг сделал их более уязвимыми для болезней или других проблем», — сказал он. «Нам нужно свести к минимуму вероятность того, что эти факторы окажут влияние».

Инбридинг сокращает продолжительность жизни

Косатки впервые размножаются примерно в 10 лет и достигают своего репродуктивного расцвета в начале двадцатых годов. Новый анализ показал, что у южных жителей с высоким уровнем инбредности было меньше половины шансов выжить в эти лучшие годы, чтобы достичь 40 лет, по сравнению с людьми с наименьшим уровнем инбредности. Самки китов с низким уровнем инбридинга живут достаточно долго, чтобы произвести в среднем 2,6 потомства за свою жизнь. Те, у кого высокий уровень инбридинга, производят в среднем 1,6 потомства за свою более короткую жизнь.

Популяции животных должны производить не менее двух выживших потомков на самку, чтобы оставаться стабильными или увеличиваться в численности.

Управляющие дикой природой часто решают проблему инбридинга в небольших популяциях путем разведения в неволе в зоопарках или аквариумах или путем добавления генетического разнообразия за счет введения животных из других мест. Однако это вряд ли поможет южным жителям, которые предпочитают не размножаться с другими косатками. Известно, что они встречают других косаток в своих родных водах, но размножаются только в пределах своей популяции.

В 1960-х и 1970-х годах морские парки удалили из Салишского моря около 50 резидентных косаток. Остальные погибли в плену. Большинство из них были южными косатками-резидентами. Это уменьшило генетическое разнообразие того, что уже было изолированной популяцией. Это также могло поставить популяцию в невыгодное положение, поскольку другие популяции рыбоядных косаток в северо-восточной части Тихого океана увеличились втрое, создавая большую конкуренцию за добычу лосося.

Немногие киты доминируют

Ранее генетические исследования возглавлял старший научный сотрудник Северо-Западного научного центра рыболовства Майкл Форд, соавтор нынешнего исследования. Это показало, что южные жители часто спариваются внутри своих семейных групп. Анализ 2018 года показал, что от двух китов-самцов родилось более половины детенышей, родившихся с 1990 года, от которых у ученых есть образцы. Эта доминирующая роль нескольких китов предотвращает генетическое смешение, которое в противном случае могло бы помочь избежать инбридинга и адаптироваться к изменениям окружающей среды.

Только около 26 из 76 находящихся под угрозой исчезновения китов в популяции южных жителей в то время размножались. Уменьшение эффективного размера популяции увеличило вероятность инбридинга и поставило под угрозу выживание отдельных животных. Это снижение выживаемости способствовало отсутствию последовательного роста популяции, включая снижение с почти 100 китов в середине 1990-х годов до 73 сейчас.

Ученые использовали модели для прогнозирования будущего населения, предполагая, что условия окружающей среды типичны для последних нескольких десятилетий. Когда они предположили, что все киты имеют такую ​​же вероятность выживания, как и наименее инбредные животные, популяция увеличилась. Однако, когда они применили фактические шансы на выживание популяции с инбридингом, число уменьшилось.

«Было бы ошибкой считать, что причиной упадка является только инбридинг», — сказал Уорд. «За последние 50 лет эта популяция подвергалась воздействию множества факторов стресса, и относительное воздействие различных угроз на популяцию южных жителей колебалось во времени. Эти комбинированные воздействия в сочетании с системой спаривания косаток , где лишь немногие самцы вносят свой вклад в генофонд — возможно, в последние годы инбридинг стал более серьезной угрозой».