Почему виды вымирают? Это главный вопрос, которым задаются многие ведущие исследователи. Зная больше о том, что приводит к вымиранию вида, мы могли бы что-то с этим сделать. Странствующий голубь является известным примером, и этот вид широко изучался.
Странствующий голубь (Ectopistes migratorius) когда-то водился в огромных количествах в Северной Америке. В записях говорится о пролетающих стаях, которые затемняли небо на несколько дней подряд. Вид, возможно, достиг своего пика в пять миллиардов особей. Более консервативная оценка - три миллиарда.
В течение короткого времени вид полностью исчез.
«Учитывая огромную численность популяции, просто удивительно, что этот вид исчез так быстро», - говорит Том Гилберт.
Гилберт - профессор Центра геогенетики Копенгагенского университета, но он также работает по совместительству адъюнкт-профессором в Норвежском университете науки и технологии (NTNU).
Роль человека
История странствующего голубя интересна отчасти потому, что она может рассказать нам кое-что о том, как и почему виды вымирают.
Коренные американцы также питались странствующими голубями. Но, по крайней мере, в некоторых частях ареала странствующих голубей люди научились ловить этот вид на устойчивом уровне, который не угрожает его искоренением.
В некоторых частях Северной Америки было принято есть только молодых голубей, на которых охотились ночью, так как это не отпугивало взрослых птиц и не мешало им повторно гнездиться.
Но примерно с 1500 года с приходом европейцев на континент пришли более агрессивные люди. Охота на странствующих голубей росла и достигла кульминации в массовой охоте на этот вид на протяжении 1800-х годов, прежде чем этот вид окончательно исчез.
Так неужели европейцы тогда были виноваты в развале?
Уже отправились в небытие?
В 2014 году исследование, опубликованное в научном журнале PNAS, убедительно показало, что люди были просто последней каплей в уничтожении вида, который уже был уязвим и направлялся в забвение.
Исследователи утверждали, что, несмотря на их огромное количество, странствующие голуби уже попали в беду. Популяция вида сильно варьировала, как и у леммингов, но в течение более длительного периода времени.
Когда прибыли европейцы, вид уже находился в сильном упадке. Население резко сократилось задолго до прибытия европейцев, и, возможно, европейцы даже способствовали кратковременному увеличению численности.
Исследования генетической изменчивости вида с использованием исследовательского метода, называемого PSMC, легли в основу этих утверждений. А теперь нам нужно немного сконцентрироваться.
От одного ко многим
Все гены человека называются геномом. У вас есть геном, у вашей мамы есть свой геном, у вашей собаки есть один, а у соседской кошки есть еще один. Их можно разбить на хромосомы, гены и пары оснований, но у вас будет только один геном.
Итак, все ваши хромосомы и гены находятся в этом одном геноме, но в то же время этот геном уникален только вами и только вами. Если, конечно, у вас нет однояйцевого близнеца, или вы термит, или принадлежите к другому виду, где особи в значительной степени являются идентичными клонами. (В последнем случае замечательно, что вы можете это прочитать.)
Вот суть дела:
Метод PSMC может использовать информацию, содержащуюся в генах одной особи вида, для составления карты истории вида.
Таким образом, вы должны иметь возможность увидеть, как вид развивался на протяжении многих поколений, и оценить, сколько особей существовало в любой момент времени, основываясь на одном геноме.
Люди частично сорвались с крючка
Используя этот метод, исследователи обнаружили, что количество странствующих голубей находилось в свободном падении еще до прибытия европейцев.
Хотя этот вид мог бы и не вымереть, его численность в любом случае значительно сократилась бы, возможно, до нескольких сотен тысяч особей.
Люди были лишь последним фактором их гибели. Возможно, мы столкнули странствующих голубей со скалы, но этот вид уже был на пути туда.
Итак, согласно исследователям, проводившим исследование в PNAS, виноваты не только европейцы.
Звучит почти слишком хорошо, чтобы быть правдой, что вы можете придумать что-то настолько определенное, основываясь на информации, полученной от одного или нескольких человек. И в данном случае это так - по крайней мере, если верить новому исследованию, недавно опубликованному в журнале Science.
Неэффективен для странствующих голубей
Проблема в том, что метод PSMC нельзя использовать на странствующих голубях. Новое исследование в области науки дает совершенно другие результаты.
Ведущий молекулярный биолог Бет Шапиро - главный автор статьи в журнале Science, а Том Гилберт - один из участников исследования.
PSMC основан на предположении, что генетические вариации происходят относительно равномерно по всем хромосомам, составляющим геном. То есть генетические изменения с одинаковой вероятностью могут произойти как на концах хромосомы, так и в ее середине. Но оказывается, что это не так для этого вида.
У странствующих голубей нет тех моделей изменчивости, которые мы ожидаем, из-за сильного отбора генов, которые, по-видимому, были важны на протяжении всей истории вида. Поэтому использование PSMC в этом деле, - сказал Гилберт.
У странствующих голубей большая часть генетического разнообразия была обнаружена на концах хромосомы. Средняя часть хромосомы мало менялась от поколения к поколению в результате отбора по этим генам.
Этот факт может и не показаться революционным, но он дает совершенно иные результаты, если вы попытаетесь прочитать историю вида на основе генома одной особи.
Вы должны принять во внимание, что вариации являются наибольшими в определенных частях хромосомы, а не распределены равномерно по всей хромосоме. Это делает метод PSMC непригодным для использования в данном контексте.
Использовал другой метод
Исследователи, написавшие статью в журнале Science, не использовали метод PSMC. Вместо этого они использовали митохондриальную ДНК 41 странствующего голубя в качестве отправной точки. Теперь нам нужно снова сконцентрироваться.
Ваша ДНК - не единственное ваше наследство. Митохондриальная ДНК - это отдельное наследование, обнаруженное в определенных клетках, называемых митохондриями.
Регулярная ДНК - это комбинация наследства от отца и матери. Но митохондриальная ДНК передается только от матери. Изменения в митохондриальной ДНК также происходят из-за мутаций и происходят относительно постоянно во времени.
Это другая отправная точка для понимания того, как виды развиваются с течением времени, и результаты могут сильно отличаться от результатов, полученных с помощью метода PSMC.
Кроме того, исследование, представленное в журнале Science, проанализировало полные геномы четырех странствующих голубей и сравнило их с двумя геномами полосатых голубей (Patagioenas fasciata), одного из ближайших родственников странствующего голубя.
Конечным результатом стало то, что новое исследование дало совершенно разные ответы о странствующих голубях и о том, почему этот вид встретил свою гибель.
Генетическое разнообразие
Новое исследование интересно по нескольким причинам. Это говорит нам о генетическом разнообразии странствующего голубя, но также поддерживает совершенно другое объяснение вымирания вида.
Ученые ранее считали, что чем больше популяция вида, тем более он генетически разнообразен. Но эта теория оказалась ошибочной, как показало недавнее исследование странствующих голубей.
Согласно статье в журнале Science, большой размер популяции позволил странствующим голубям быстрее адаптироваться и развиваться, тем самым устраняя вредные мутации.
У видов с меньшим количеством особей случайность может вызвать сохранение менее полезной мутации, но случайность играет меньшую роль у видов с большим количеством особей.
«Мутации, обеспечивающие большое эволюционное преимущество, будут быстро распространяться», - говорит Гилберт.
Тот факт, что полезные мутации так быстро стали невероятно доминирующими, просто привел к исчезновению других генетических вариантов.
Это, в свою очередь, привело к тому, что генетическое разнообразие странствующего голубя оказалось на удивление низким по сравнению с количеством особей. Возможно, это сделало вид более уязвимым к изменениям.
Но странствующий голубь вымер не поэтому.
Наша ошибка
"Страстничий голубь вымер из-за людей", - это короткая версия Гилберта.
У странствующего голубя не было проблем до прибытия европейцев в Северную Америку. Ничто не говорит о том, что этот вид каким-либо образом боролся.
Возможно, это не так уж и удивительно. В 19 веке странствующих голубей было так много, что устраивались соревнования по отстрелу их как можно большего количества за определенный период времени. В одном соревновании победитель отстрелял 30 000 птиц.
Как минимум, история странствующего голубя способствовала лучшему пониманию того, что даже плодовитые виды могут вымереть.
Есть чему поучиться
Та же участь постигла крупного кузнечика Melanoplus spretus из западной части США. За несколько десятилетий его популяция сократилась с нескольких триллионов до нуля, возможно, потому, что фермеры уничтожили его нерестилища. В Норвегии и по всей Северной Атлантике большая гагарка (Pinguinus impennis) вымерла после того, как люди выловили ее в большом количестве.
Люди ели странствующих голубей в огромных количествах, но их также убивали, потому что они считались угрозой для сельского хозяйства. По мере того как европейцы мигрировали по Северной Америке, они прореживали и уничтожали большие леса, от которых зависели голуби. Голуби питались в основном желудями.
Поскольку этот вид уже вымирал, 250 000 птиц - последняя большая стая - были отстреляны за один день в 1896 году. В том же году в Луизиане наблюдали последнего странствующего голубя. Его тоже расстреляли.
Размножение голубей, вероятно, зависело от большого размера стаи. Их инстинкты не сработали, когда тут и там осталось всего несколько особей.
Последний странствующий голубь умер в зоопарке Цинциннати в 1914 году.