Местная адаптация может защитить некоторых птиц от изменения климата
Североамериканские певчие воробьи могут быть более устойчивы к изменению климата благодаря удивительной адаптации: огромному диапазону размеров тела, обнаруженному в западной части их ареала.
Исследователи из Корнелла и их коллеги провели полное секвенирование генома североамериканских певчих воробьев, которое выявило генетическую основу этого диапазона размеров тела. Эта работа — первый результат более масштабного исследования по секвенированию геномов певчих воробьев со всей Северной Америки, охватывающего почти все 25 признанных подвидов.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, проведено учеными из Университета Британской Колумбии, Корнеллской лаборатории орнитологии, Университета Баптистов Уошито и Университета Аляски в Фэрбенксе.
Работа подтверждает так называемое правило Бергмана, которое гласит, что в целом, среди организмов, регулирующих собственную температуру, естественный отбор в холодном климате приводит к более крупным телам, а в теплом — к более мелким. Крупные тела эффективнее сохраняют тепло, а мелкие — охлаждаются.
Певчие воробьи, круглый год живущие на Алеутских островах Аляски, могут быть в три раза крупнее своих сородичей в районе залива Сан-Франциско.
«Разница в размерах среди певчих воробьев просто поразительна, — сказала соавтор исследования Дженнифер Уолш из Корнеллской лаборатории орнитологии. — Наши результаты показывают, что у певчих воробьев есть значительный потенциал для адаптации к локальным изменениям среды, и генетические механизмы, лежащие в основе этих изменений, довольно ясны. Мы думали, что генетический компонент будет сложнее или что в создании такой огромной разницы в размерах участвует гораздо больше генов».
Для этого исследования ученые секвенировали и сравнили 79 геномов от девяти подвидов певчих воробьев из разных локаций. Работа выполнена в рамках Программы эволюционной биологии Фуллера в Корнеллской лаборатории орнитологии.
Образцы тканей для исследования взяты из коллекций Музея Севера Университета Аляски (собраны в 1997–2000 гг.), а также из ранее опубликованных полных геномов калифорнийских подвидов. Певчие воробьи — особенно полезный объект для изучения из-за их широкого распространения и адаптации ко многим типам среды.
«Мы обнаружили восемь вариантов генов в секвенированных геномах, все они связаны с массой тела, как и предсказывает правило Бергмана, — сказала ведущий автор Кэтрин Карбек, аспирант Университета Британской Колумбии. — Это говорит нам о том, что существует генетическая основа для адаптации певчих воробьев к местным климатическим условиям — от самых холодных точек на крайнем севере до самых теплых частей ареала в Калифорнии».
Мы склонны думать об эволюции как о процессе, длящемся миллионы лет, но микроэволюционные процессы — изменения за короткий период — играют решающую роль в выживании певчих воробьев даже в новых климатических условиях, отметила Карбек.
Результаты предполагают устойчивое будущее для этих птиц, сказал соавтор Питер Арчезе, профессор факультета лесного хозяйства и природоохранных наук Университета Британской Колумбии.
«Наши выводы означают, что некоторые, если не все, локально адаптированные популяции певчих воробьев могут продолжать адаптироваться к изменению климата, если мы сохраним условия среды, способствующие перемещению особей и генов между популяциями», — сказал он.
Понимание нюансов микроэволюции важно для сохранения видов. Например, популяции певчих воробьев на северо-западе (Аляска, Британская Колумбия) в настоящее время стабильны или растут, но противоположная картина наблюдается у популяций вдоль западного побережья континентальной части США, где некоторые популяции в заливе Сан-Франциско имеют на уровне штата статус находящихся под угрозой.
Сокращение численности в одной части ареала может означать потерю генетического разнообразия в локально специализированных популяциях, несмотря на общие тенденции для вида. И хотя певчие воробьи показали высокую адаптивность к местному климату, у неё есть предел.
«Хотя микроэволюция потенциально может частично компенсировать последствия изменения климата, — сказала Карбек, — ключевой вопрос в том, сможет ли локальная адаптация идти в ногу со скоростью, с которой происходят глобальные климатические изменения».