Ученые восстановили первые генетические данные о вымершей птице в Карибском море, благодаря замечательно сохранившимся костям каракары Крейтона из затопленной воронки на острове Большой Абако.
Исследования древней ДНК тропических птиц столкнулись с двумя серьезными препятствиями. Органический материал быстро разлагается под воздействием тепла, света и кислорода. А легкие полые кости птиц легко ломаются, ускоряя распад ДНК внутри.
Но темные, бескислородные глубины 100-футовой голубой дыры, известной как Sawmill Sink, создали идеальные условия для сохранности костей Caracara creightoni, вида крупного сокола-падальщика, исчезнувшего вскоре после того, как туда прибыли люди. Багамы около 1000 лет назад.
Научный сотрудник Флоридского музея естественной истории Джессика Освальд извлекла и секвенировала генетический материал из бедренной кости C. creightoni возрастом 2500 лет из голубой дыры. Поскольку древняя ДНК часто фрагментирована или отсутствует, у Освальда были скромные ожидания относительно того, что она найдет - возможно, один или два гена. Но вместо этого в кости оказалось 98,7% митохондриального генома птицы, набора ДНК, который большинство живых существ наследуют только от своих матерей.
«Я был очень взволнован. Я был бы счастлив получить такое количество материалов о свежем образце», - сказал Освальд, ведущий автор исследования, описывающего работу, а также исследователь с докторской степенью в Университете Невады. Рено. «Получение ДНК вымершей птицы в тропиках имеет важное значение, потому что во многих случаях это не было успешным или даже не предпринималось никаких попыток».
Митохондриальный геном показал, что C. creightoni тесно связана с двумя оставшимися видами каракар, живущими сегодня: хохлатой каракарой, Caracara cheriway, и южной каракарой, Caracara plancus. Последний раз три вида имели общего предка между 1,2 и 0,4 миллиона лет назад.
По крайней мере, шесть видов каракар когда-то чистили туши и поедали мелкую добычу в Карибском море. Но отступление ледников 15 000 лет назад и, как следствие, повышение уровня моря вызвали вымирание многих птиц, сказал Дэвид Стедман, куратор орнитологического музея Флориды.
С. creightoni удалось пережить резкие климатические изменения, но прибытие людей на острова в конечном итоге ознаменовало гибель вида, поскольку черепахи, крокодилы, игуаны и грызуны, от которых каракара зависела в еде, быстро исчезли.
«Этот вид все еще летал бы, если бы не люди», - сказал Стедман. «Мы используем древнюю ДНК для изучения того, каким должно быть современное биоразнообразие».
Сегодня на островах обитает лишь часть дикой природы, которая когда-то процветала в кустарниках, лесах и водах. Но такие голубые дыры, как Sawmill Sink, могут открыть портал в прошлое. Исследователи собрали из воронки более 10 000 окаменелостей, представляющих около 100 видов, включая крокодилов, черепах, игуан, змей, летучих мышей и более 60 видов птиц.
Богатый запас окаменелостей в Sawmill Sink был обнаружен пещерным дайвером Брайаном Какуком в 2005 году во время его поисков горизонтальных проходов в известняке. Дыра не была популярным местом для дайвинга: в 30 футах ниже поверхности лежал 20-футовый слой насыщенного сероводорода, непрозрачная масса, которая не только пахнет тухлым яйцом, но и реагирует с пресной водой над ней, образуя серную кислоту., что вызывает сильные химические ожоги.
После нескольких попыток Какук, оснащенный системой ребризера и дополнительной защитой кожи, пробил сероводород. Его лампа осветила десятки черепов и костей на дне голубой дыры.
Вскоре после этого Какук и его коллега по дайвингу Нэнси Олбери начали организованную программу дайвинга в Sawmill Sink.
«Это было найдено кем-то, кто понял, что это такое, и ничего не двигал, пока все не было сделано правильно», - сказал Стедман.
Хотя слой сероводорода представлял неприятную проблему для дайверов, он обеспечивал прекрасную изоляцию для ископаемых под ним, блокируя доступ ультрафиолетового света и кислорода к нижнему слою воды. Среди крокодиловых черепов и панцирей черепах были кости C. creightoni, в том числе неповрежденный череп.
«Для птиц наличие целой головы вымершего вида из места окаменелостей довольно умопомрачительно», - сказал Освальд. «Поскольку весь материал из голубой дыры прекрасно сохранился, мы подумали, что там, вероятно, будет хотя бы немного ДНК».
С 2017 года Освальд возрождает лабораторию древней ДНК музея, тестируя методы и разрабатывая передовые методы извлечения и анализа ДНК из окаменелостей и объектов, которым от сотен до миллионов лет.
Древняя ДНК является сложной средой, потому что она находится в процессе деградации. Иногда после того, как бактерии, грибки, свет, кислород, тепло и другие факторы окружающей среды разрушили организм, остается лишь незначительное количество исходной ДНК животного или вообще никакой ДНК.
«С древней ДНК вы берете то, что можете получить, и смотрите, что работает», - сказал Освальд. «Каждая кость подвергалась несколько иным условиям, даже по сравнению с другими из того же места».
Чтобы максимизировать свои шансы на спасение генетического материала, Освальд очищает кость, замораживает ее жидким азотом, а затем измельчает в порошок резиновым молотком.
"Это очень весело", сказала она.
В то время как предыдущие исследования требовали большого количества костей, работа Освальда с каракарами показала, что древнюю ДНК можно успешно восстановить в меньших масштабах.
«Это ставит восклицательный знак над тем, что возможно с древней ДНК», - сказал Роберт Гуральник, куратор отдела биоинформатики Музея Флориды. «У нас есть новые методы изучения контекста эволюции и вымирания. Помимо каракары, здорово, что у нас есть лаборатория древней ДНК, которая позволит взглянуть на вопросы не только с палеонтологической точки зрения, но и с точки зрения начала планета, населенная людьми."
Стидман, посвятивший десятилетия изучению современного и вымершего биоразнообразия в Карибском бассейне, сказал, что на некоторые вопросы можно ответить только с помощью древней ДНК.
"Понимание видов, которые не смогли противостоять человеческому присутствию, помогает нам лучше оценить то, что мы оставили, и не просто оценить это, но понять, что, когда эти виды эволюционировали, было гораздо больше вещей, и летать больше, чем сегодня."
Другие соавторы: Джулия Аллен из Университета Невады, Рино; Келси Уитт из Калифорнийского университета в Мерседе; Райан Фолк из музея Флориды и Нэнси Олбери из Национального музея Багамских островов.