Как большой город снизил генетическое разнообразие койотов
Города мира разрастаются очень быстрыми темпами, захватывая природные земли, на которых обитают самые разные животные. Очень важно следить за тем, как это расширение влияет на животных в городах и вокруг них. Койоты - идеальный вид для изучения влияния урбанизации на дикую природу, поскольку они встречаются как в городской, так и в природной среде. Мы изучили, как урбанизация влияет на койотов в районе Лос-Анджелеса в США. Мы обнаружили, что урбанизация влияет на места обитания различных групп койотов, а также снижает их генетическое разнообразие. Мы должны беспокоиться о благополучии койотов, потому что низкое генетическое разнообразие снижает способность любого вида бороться с болезнями и противостоять другим угрозам. Мы пришли к выводу, что койот, вид, который раньше считался устойчивым к антропогенному воздействию, на самом деле подвержен влиянию урбанизации.
Города влияют на виды
Деятельность человека может повлиять на два важных аспекта жизни всех видов на планете: их экологию и эволюцию. Экология описывает, как организм взаимодействует с окружающей средой. Это включает в себя то, как вид использует различные ресурсы, такие как пища, вода или убежище, и даже то, как он ведет себя в различных ситуациях. Эволюция описывает, как вид изменяется с течением времени. Фактические процессы, которые вызывают эволюцию, - это небольшие изменения в генетической информации вида, которая хранится в его ДНК. Если какое-либо генетическое изменение позволяет организму лучше выживать, он с большей вероятностью будет иметь большее число потомков и передаст им это генетическое изменение. Со временем множество таких мелких изменений может суммироваться и даже привести к появлению совершенно другого вида.
Одним из видов человеческой деятельности, который сильно влияет на экологию и эволюцию животных, является урбанизация [ 1 - 3 ]. Урбанизация превращает природные ландшафты в города. Города изменяют характер передвижения животных, а также доступные им продукты питания и ресурсы. Урбанизация также может повлиять на эволюцию животных, разбив большую популяцию на множество мелких. Со временем эти небольшие популяции могут накапливать изменения в своей ДНК и вырабатывать новые модели поведения, такие как предпочтение определенного источника пищи или типа среды обитания.
Легко представить, как урбанизация повлияет на виды, которые плохо себя чувствуют в городах, например львов, тигров или медведей. Но как вы думаете, влияет ли урбанизация на другие виды, которые мы часто видим в городах, например, на голубей, крыс или койотов? Именно на этот вопрос мы и пытались ответить.
Койоты!
Койоты, известные ученым как Canis latrans, - дикие животные из семейства псовых и часто являются главными хищниками во многих городах Северной Америки (рис. 1А) [ 4 ]. Койоты также встречаются во многих естественных местах обитания, таких как леса, луга и даже горные районы. Это делает койотов одним из немногих видов, которые мы можем изучать, чтобы понять влияние урбанизации на дикую природу, поскольку они живут как в городской, так и в естественной среде.
Предыдущее исследование, проведенное в Калифорнии (США), показало, что, переезжая с места на место, койоты предпочитают места обитания, похожие на те, в которых они родились. Это явление называется "рассеивание с учетом натальной среды обитания" [ 5], и происходит оно потому, что родители прививают своим детенышам навыки выживания в определенной среде обитания, поэтому детеныши вырастают, предпочитая эту среду обитания [ 6]. Например, койот, родившийся на лугу, предпочтет перебраться на другой луг и не будет проводить много времени в лесу, а койот, родившийся в лесу, предпочтет перебраться в другой лес и не будет проводить много времени на лугах. Мы хотели выяснить, справедлива ли та же закономерность для искусственных городских мест обитания и естественных мест обитания, которые окружают город.
Сколько популяций койотов существует в районе Лос-Анджелеса?
Мы проводили наше исследование в Лос-Анджелесе (штат Калифорния) и его окрестностях, поскольку там много городских районов и много природных, и в обоих случаях койоты называют их своим домом. Мы изучали, отличается ли ДНК койотов в городских районах от ДНК койотов в более естественных районах. Для этого мы сначала собрали образцы тканей у 125 койотов по всему Лос-Анджелесу. К сожалению, большинство образцов были взяты у койотов, погибших в результате дорожных убийств. Мы проанализировали ДНК койотов, измерив длину 10 определенных участков ДНК, называемых генетическими маркерами, что позволило определить, как эти 125 койотов связаны друг с другом. Койоты с одинаковыми изменениями в этих 10 маркерах ДНК более родственны друг другу. Различные версии генетических маркеров (или любого другого гена), которые существуют у разных видов, называются аллелями. Изучение различий в аллелях похоже на то, как следователь на месте преступления использует ДНК для поиска убийцы или как суд использует ДНК для определения родителей ребенка. Мы проанализировали данные ДНК с помощью компьютерной программы, чтобы определить, сколько генетически различных популяций койотов существует в Лос-Анджелесе. Мы отнесли койотов к одной из четырех популяций, основываясь на их генетике, или к гибридной популяции, если родители койота принадлежали к двум разным популяциям.
Затем мы нанесли на карту места, где был обнаружен каждый койот. Поскольку койоты часто перемещаются, мы нарисовали круг вокруг каждого места, чтобы показать среднюю площадь обитания койота. Мы рассчитали количество городских и природных территорий в пределах этих кругов, используя спутниковые карты, например, Google Earth. Это позволило нам сравнить среднее количество городской и природной среды обитания в домашних ареалах койотов из разных популяций. Мы сделали это, чтобы определить, различаются ли популяции, отличающиеся генетически, также и по среде обитания.
Наконец, мы измерили уровень генетического разнообразия в каждой популяции. Генетическое разнообразие - это общий уровень различий генетических характеристик в популяции. Популяция с большим генетическим разнообразием более здорова и способна преодолевать внезапные изменения в окружающей среде. Важно отметить, что здоровье отдельных койотов и здоровье популяций койотов - это связанные, но разные понятия: индивидуальное здоровье описывает вероятность выживания отдельного койота, а здоровье популяции - долгосрочную вероятность выживания всей группы. Например, представьте себе популяцию койотов, которые имеют один и тот же аллель, защищающий их от вируса. Если бы вирус попытался заразить эту популяцию, койоты были бы в полном порядке, потому что все они защищены. Однако если новый вирус попытается заразить эту популяцию, вся популяция может вымереть, потому что у них нет аллеля, защищающего их от новой угрозы. Но если бы популяция была генетически разнообразна: одни койоты обладали аллелем, защищающим их от первого вируса, а другие - аллелем, защищающим их от нового вируса, то популяция в целом была бы лучше подготовлена к выживанию, какой бы вирус ее ни атаковал. Мы измерили генетическое разнообразие как количество аллелей, чтобы определить, различается ли здоровье популяций койотов в городских и природных районах. Наша гипотеза заключалась в том, что койоты в городских районах будут иметь меньшее генетическое разнообразие.
Мы обнаружили четыре различные популяции койотов
Мы обнаружили, что койотов, живущих в Лос-Анджелесе, можно разделить на четыре генетически разные популяции (рис. 1B). Три из этих популяций обитают преимущественно в городской среде с большим количеством дорог и зданий. Однако одна популяция обитала преимущественно в горных районах на окраине города. Гибридные койоты встречались среди других популяций. Самым поразительным результатом стало то, что койоты, живущие в горных, менее урбанизированных районах, которые находятся на большом расстоянии друг от друга, более родственны друг другу, чем койоты из других, близлежащих популяций с более урбанизированной территорией. Вероятно, причиной такой генетической закономерности являются предпочтения в выборе местообитаний и рассеивание в зависимости от натальной среды обитания, поскольку, когда группы койотов переезжают на новые места, они выбирают знакомые места обитания, похожие на те, в которых они выросли.
Затем мы сравнили среднее количество городских и природных земель в пределах круговой жилой зоны койотов из четырех популяций и гибридных койотов (рис. 2). Мы обнаружили, что одна популяция, названная популяцией 3, имела значительно больше природных земель и значительно меньше городских земель, чем все остальные популяции. Койоты в популяции 3 жили на территориях, где в среднем 30 % составляла естественная среда обитания, в то время как в других популяциях количество естественной среды обитания варьировалось от 8 до 18 %. Это позволило нам сделать вывод о существовании трех "городских" популяций койотов в Лос-Анджелесе и одной "природной" в горах, окружающих Лос-Анджелес.
Наконец, мы рассмотрели генетическое разнообразие наших популяций койотов, проанализировав количество различных аллелей для каждого из генетических маркеров (рис. 3). Популяция 3, более естественная популяция, имела большее разнообразие аллелей, что означает, что эта популяция была более генетически разнообразной, чем городские популяции. Это говорит о том, что с ростом урбанизации генетическое разнообразие уменьшается. Это важно, поскольку, как вы помните, генетическое разнообразие является показателем здоровья популяции.
Большие города не очень хороши для койотов
Мы обнаружили, что койот, вид, который обычно считается устойчивым к антропогенному воздействию, на самом деле подвержен негативному влиянию урбанизации. Генетически разные популяции койотов в Лос-Анджелесе различаются по количеству городских земель в пределах их домашних ареалов. Это подтверждает идею о том, что генетические различия, основанные на предпочтениях в среде обитания, обусловлены натальным расселением. Кроме того, популяции койотов в природных зонах более разнообразны и, следовательно, более здоровы, чем популяции в городских районах. Большие генетические изменения в видах обычно происходят медленно, в течение многих сотен или тысяч лет. Однако койоты в Лос-Анджелесе и его окрестностях демонстрируют значительные генетические изменения с тех пор, как город начал расширяться, то есть всего около 100 лет назад. Это говорит о том, что города могут быстро изменять генетический состав диких животных.
Хотя наше исследование было посвящено только койотам, мы можем использовать полученную информацию о влиянии урбанизации, чтобы понять, какое воздействие оказывает человек на все окружающие нас виды. Наше исследование может быть использовано для разработки планов по сохранению диких видов. Например, мы должны защищать природные территории вокруг городов, чтобы сохранить здоровые популяции диких животных с высоким уровнем генетического разнообразия. Кроме того, мы можем построить эстакады и подземные переходы, чтобы помочь животным перемещаться между природными территориями, разделенными дорогами, и тем самым способствовать объединению популяций животных. Важно следить за влиянием городов на окружающую нас дикую природу и находить творческие решения, чтобы сохранить биоразнообразие планеты для будущих поколений.
Авторский вклад
JM разработал концепцию и дизайн исследования. AA и JM собрали образцы, провели лабораторную работу, проанализировали данные и написали рукопись.
