Rysie iberyjskie mają mniej szkodliwych mutacji, niż ich eurazjatyccy krewni

Czy szkodliwe mutacje zagrażają małym populacjom dużych drapieżników? To pytanie spędza sen z powiek naukowcom i organizacjom zajmującym się ochroną przyrody. Ważnych informacji na ten temat dostarczył międzynarodowy zespół badaczy pod kierunkiem dr Jose Antonio Godoya ze Stacji Biologicznej Doñana w Hiszpanii, w którym ze strony polskiej uczestniczyli naukowcy z Instytutu Biologii Ssaków PAN (IBS PAN) w Białowieży i Wydziału Biologii Uniwersytetu w Białymstoku. Udział polskich naukowców w badaniach finansowany był ze środków NCN.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS, DOI: 10.1073/pnas.2110614119), a polscy współautorzy pracy poinformowali o nich serwis Nauka w Polsce.

Badania te sugerują, że rysie iberyjskie – najbardziej zagrożony gatunek dzikich kotów, posiadają mniej szkodliwych mutacji, niż bardziej pospolity, szeroko rozprzestrzeniony ryś eurazjatycki. czy to jednak oznacza, że małe, izolowane populacje dużych drapieżników są bezpieczne?

Autorzy badań poddali analizie całe genomy rysia iberyjskiego i eurazjatyckiego, aby zidentyfikować różnice w obciążeniu szkodliwymi mutacjami między tymi dwoma gatunkami. Ryś iberyjski pozostawał w izolacji co najmniej od 200 lat w liczbie zaledwie kilkudziesięciu osobników żyjących na wolności. Natomiast ryś eurazjatycki występuje od Europy Środkowej aż po Azję Wschodnią i według IUCN nie jest on uważany za gatunek zagrożony. Jednak niektóre jego populacje, jak np. w północno-wschodniej Polsce, również charakteryzują się niewielką liczebnością i niskim poziomem zmienności genetycznej, zapewne wskutek z presji człowieka.

"Dzięki niniejszym badaniom poznaliśmy szczegóły mało zbadanego aspektu erozji genetycznej zachodzącej w małych, izolowanych populacjach – tzw. obciążenia genetycznego, czyli częstości występowania szkodliwych mutacji. Uzyskanie takich danych było możliwe dzięki wcześniejszemu zmapowaniu genomu referencyjnego rysia iberyjskiego i zbadaniu jego funkcjonalnej zmienności genetycznej przez zespół hiszpańskich naukowców" - piszą naukowcy w informacji przesłanej Nauce w Polsce.

„Posługując się tymi informacjami byliśmy w stanie określić liczbę szkodliwych mutacji dla każdego osobnika oraz średnią dla każdej z badanych populacji. Porównanie tych danych u dwóch gatunków tak bardzo różniących się pod względem historii demograficznej pozwoliło dowiedzieć się, czy w mniejszych populacjach dochodzi do gromadzenia tych mutacji w większym stopniu niż w liczebnie większych” - wyjaśnia dr Jose Godoy ze Stacji Biologicznej Doñana.

Wnioski z badań wskazują na to, że populacje rysia iberyjskiego i eurazjatyckiego są w podobnym stopniu obciążone mutacjami neutralnymi (nieszkodliwymi) oraz tymi o niskiej szkodliwości.

Pozornie zaskakującym wynikiem - zaznaczają naukowcy - było stwierdzenie, że populacje rysia iberyjskiego są w mniejszym stopniu obciążone mutacjami o poważnie szkodliwym efekcie. Jest to zgodne z teorią genetyki populacyjnej, lecz wcześniej nie obserwowano tego zjawiska w populacjach zagrożonych wyginięciem dużych drapieżników.

„Niekorzystne mutacje recesywne (czyli te, w których do ujawnienia się defektu potrzebne są dwie kopie tego samego genu) mają większe szanse pojawienia się w układzie homozygotycznym właśnie w małych, izolowanych populacjach wskutek częstszego krzyżowania się blisko spokrewnionych osobników. W tym przypadku dobór naturalny usuwa szkodliwe mutacje recesywne szybciej niż w większych populacjach” – wyjaśniają badacze.

Naukowcy zastanawiali się, dlaczego właściwie proces usuwania osobników ze szkodliwymi mutacjami nie działa tak efektywnie w małych populacjach rysia eurazjatyckiego. Dlaczego właśnie u tego pozornie niezagrożonego gatunku wykazano wyższy stopień obciążenia genetycznego, niż u rysi iberyjskich? Otóż, rzecz w tym, że mechanizm usuwania szkodliwych mutacji musi dysponować odpowiednim czasem, aby zaczął działać. Okazuje się, że w przypadku rysia iberyjskiego upłynęło już wystarczająco dużo czasu od momentu, gdy ten gatunek znalazł się w stanie skrajnie niskiej liczebności i jego populacje zdołały się częściowo „oczyścić” z pewnej liczby szkodliwych mutacji.

W przeciwieństwie do tego, rysie eurazjatyckie nie miały takiej możliwości. I to stwarza poważne zagrożenie w sytuacji, gdy spadek liczebności populacji nastąpi w sposób nagły (z genetycznego punktu widzenia), tak jak to miało miejsce w północno-wschodniej Polsce, czy Skandynawii. W tych populacjach okres eksterminacji gatunku trwał „zaledwie” 20-30 lat, lecz był bardzo intensywny. Można więc powiedzieć, że gatunek, którego populacje były nieliczne przez długi okres swojej historii, może być mniej podatny na genetyczne konsekwencje kojarzeń między osobnikami o wyższym stopniu pokrewieństwa, niż gatunek bardziej pospolity, ale którego populacje doświadczyły gwałtowniejszego spadku liczebności, tak jak ryś eurazjatycki.

„Oznacza to, że występująca na obszarze północno-wschodniej Polski populacja rysia nie zdołała się jeszcze >>oczyścić<<, ze szkodliwych mutacji. Tutaj krzyżowanie się blisko spokrewnionych osobników może w krótkim czasie doprowadzić do jeszcze szybszego wymierania” – dodaje prof. Krzysztof Schmidt z IBS PAN, kierownik projektu NCN.

„Dostarcza to nam również istotnej wskazówki dla programów ratowania zagrożonych populacji gatunku o bardzo niskiej zmienności genetycznej – mówi prof. Mirosław Ratkiewicz z Wydziału Biologii Uniwersytetu w Białymstoku. – Próba wzmocnienia takich małych liczebnie populacji poprzez zasilanie ich osobnikami pochodzącymi z dużych, licznych populacji może się okazać prawdziwym >>koniem trojańskim<<, gdyż niezamierzenie możemy wprowadzić zwierzęta o dużym obciążeniu genetycznym. Te, krzyżując się z rysiami w lokalnych, mało liczebnych populacjach mogą doprowadzić do wzrostu częstości szkodliwych alleli i w konsekwencji spowodować ich szybkie wymarcie”.

Wydaje się również - sugerują naukowcy - że wyniki te wcale nie przesądzają o tym, że ryś iberyjski jest w lepszej sytuacji genetycznej, niż jego eurazjatycki krewniak.

„Niestety, niektóre ze szkodliwych mutacji obecnych u rysia iberyjskiego wskutek dryfu genetycznego zwiększają częstotliwość i mogą ostatecznie zostać utrwalone, zastępując korzystne mutacje u wszystkich osobników w populacji” - wyjaśnia José Antonio Godoy. I dodaje, że „niektóre z tych mutacji mogą być przyczyną niektórych chorób genetycznych lub utraty płodności. Choroby takie, jak padaczka idiopatyczna lub wnętrostwo, są stosunkowo częste u tego gatunku”.

Badania te doprowadziły również do stworzenia katalogu szkodliwych mutacji występujących u rysi, których jest sporo, bo ponad dziewięć tysięcy. Jednak potrzebne są dalsze analizy, w celu przetestowania ich związku z występującymi u nich ewentualnymi chorobami i anomaliami. W przypadku ich potwierdzenia, identyfikacja odpowiedzialnych mutacji pomoże ulepszyć obecne zarządzanie genetyczne tymi dwoma gatunkami. Możliwe będzie wówczas zminimalizowanie występowania chorób poprzez odpowiedni dobór osobników do przesiedlania, co jednocześnie nie narazi na spadek i tak już ograniczonej zmienności genetycznej w małych populacjach.

Źródło informacji: Nauka w Polsce