Как сообщает наш новостной портал, коричневая древесная змея, обитающая в Австралии и южной части Тихого океана, превратилась в одну из самых разрушительных инвазивных форм жизни на планете. Её появление на Гуаме, датируемое периодом после Второй мировой войны, вероятно, произошло благодаря незаметному перемещению на борту военных транспортников. Последствия оказались катастрофическими: этот рептилийный захватчик спровоцировал локальное исчезновение множества аборигенных лесных пернатых, а также ежегодно наносит экономический ущерб, взбираясь на столбы линий электропередачи и провоцируя аварийные отключения электричества. В отдельных районах тихоокеанской территории США плотность змей достигала 30 000 особей на квадратную милю, что многократно превышает типичные показатели для их естественного ареала.
Долгое время стремительное разрастание популяции ставило биологов в тупик, ведь считается, что первоначальная группировка на Гуаме сформировалась из крайне ограниченного числа рептилий. При столь малом количестве основателей обычно возникают серьёзные генетические проблемы: инбридинг, снижающий адаптационные способности и замедляющий рост численности. Однако, согласно новому исследованию, опубликованному Университетом Буффало 24 июля в журнале Science Advances, коричневые древесные змеи обладают куда более внушительным генетическим разнообразием, чем предполагалось ранее.
Генетическая гибкость как фактор инвазивного триумфа
Учёные из UB и Геологической службы США (USGS) применили технологию секвенирования длинных считываний для анализа обширных участков генома змеи. Это позволило выявить тысячи структурных вариантов — включая дупликации, делеции и перестройки сегментов ДНК. Значительная часть этих вариаций затрагивает гены, ответственные за иммунные реакции и обоняние. Такое скрытое генетическое разнообразие, по мнению исследователей, может объяснить, почему популяция, основанная всего лишь горсткой особей, сумела пережить интенсивный инбридинг, приспособиться к новым условиям Гуама и столь резко расшириться.
«Коричневая древесная змея внешне может не отличаться от диких сородичей, но обладает важным источником генетического разнообразия, который ранее недооценивался», — отмечает Тревор Краббенхофт, доктор философии и доцент кафедры биологических наук UB, выступающий корреспондентом исследования. Это открытие, в свою очередь, несёт двойственные последствия: с одной стороны, оно может разочаровать специалистов, пытающихся сдержать популяцию змей на Гуаме, поскольку большая генетическая гибкость делает инвазивный вид более устойчивым к методам контроля. С другой стороны, результаты обнадёживают в контексте сохранения вымирающих видов с малочисленными или инбредными популяциями. «Вполне возможно, что виды, находящиеся под угрозой, обладают большей гибкостью в своих генах, чем мы полагаем», — добавляет Кристофер Осборн, доктор философии, бывший аспирант лаборатории Краббенхофта, а ныне водный биолог в Государственном университете Нью-Йорка в Освего. — «Мы только начинаем осознавать недооценённые источники генетического разнообразия, которые объясняют, как некоторые инбредные виды всё же сохраняют способность реагировать на изменения среды».
Традиционно учёные оценивали генетическое разнообразие главным образом по изменениям в отдельных парах оснований — например, замена A на G или T на C. Ранние технологии секвенирования были ориентированы именно на такие мелкие вариации, но оказывались малоэффективными при выявлении крупных перестроек, затрагивающих длинные участки ДНК. Секвенирование длинных считываний, напротив, позволяет изучать целостные фрагменты генома, выявляя структурные варианты размером от 50 пар оснований и более. В результате обнаружено, что такие структурные изменения охватывают почти в восемь раз больше генома, чем однонуклеотидные полиморфизмы. «Это всё равно что сравнивать две книги, глядя на буквы через лупу, и считать их идентичными, не замечая, что целые абзацы перенесены или продублированы. Старая технология не позволяет увидеть, что ДНК одного организма может располагаться в совершенно ином месте хромосом по сравнению с другим», — поясняют авторы работы.о», — говорит Леви Грей, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Краббенхофта. «То, как мы определили генетическое разнообразие и как мы на самом деле его изучаем, во многом определены современными технологиями».
Ранее были рассмотрены вопросы коричневых древесных змей на Гуаме, когда он работал в Геологической службе США. Благодаря этому сотрудничеству исследователи получили ДНК от Группы быстрых реакций на коричневых древесных змей Геологической службы США (RRT), которая работает над предотвращением распространения инвазивных видов в других частях США и на их территориях.
Более 19 000 структурных вариантов
Когда команда проанализировала мутации в лаборатории Краббенхофта, они выявили более 19 000 структурных вариантов в геноме коричневой древесной змеи.
Это означает, что исследователи обнаружили примерно 19 000 мест, где участки ДНК различались из-за того, что они были дублированы, удалены или перестроены.
Эти вариации не были разбросаны случайным образом по всему генному. Вместо этого они особенно часто появляются в генах, проявляются в иммунной функции и обонянии или обонянии.
Коричневые древесные змеи во многом зависят от обоняния при навигации и охоте. Щелкающими раздвоенными языками они собирают из воздуха механические сигналы, которые помогают им иметь потенциальную мощность.
Необычное разнообразие, обнаруженное в их обонятельных генах, также может помочь объяснить загадку поведения. Известно, что коричневые древесные змеи поедают других змей в своем естественном ареале, но мало свидетельств того, что они часто охотятся друг на друга на Гуаме.
«Острое обоняние змей может позволить им распознавать друг в друге братьев и сестер, особенно с учетом более высокого уровня инбридинга, чем постепенно», — сказал он. — говорит Грей.
Появилось ли генетическое разнообразие на Гуаме?
Ученые до сих пор не знают, существуют ли структурные варианты уже до того, как были созданы Гуама, или же они появились после начала вторжения.
Крупные геномные изменения обычно накапливаются на протяжении многих явлений. Однако исследования показывают, что серьезные проблемы в мире могут ускорить развитие структурных вариантов.
Чтобы определить, когда появились эти изменения, необходимо провести сравнение с коричневыми древесными змеями из их естественного ареала.
"Возможно ли, что часть этого разнообразия сложилась после вторжения? Это так, но нам придется секвенировать змей среди местного населения, чтобы наверняка знать», — сказал он. — говорит Грей.
Среди других соавторов — научной Геологической службы США М. Рене Беллинджер, доктор философии, и Мелия Нафус, доктор философии, а также ученый-исследователь UB Брайан Фут, постдокторант Стивен Флек, доктор философии, и аспиранты Сара Чанг и Ханна Уотерман.