Роль генетических факторов в вымирании млекопитающих

Леонард Полищук

В августовском номере журнала Oikos, входящего в Top-25% мировых экологических журналов согласно рейтингу Thomson Reuters, в рубрике «Выбор редактора» (Editor’s Choice) опубликована статья профессора кафедры общей экологии Л.В. Полищука в соавторстве с выпускником кафедры зоологии позвоночных К.Ю. Попадьиным (ныне научным сотрудником Центра интегративной геномики Университета Лозанны, Швейцария), профессором МГУ (факультет биоинженерии и биоинформатики) и Мичиганского университета в США А.С. Кондрашовым и научным сотрудником факультета биоинженерии и биоинформатики М.А. Барановой.

Работа посвящена оценке роли генетических факторов в вымирании млекопитающих и выполнена на стыке экологии, популяционной генетики и биоинформатики.

В современных условиях значение генетических факторов в вымирании определяется тем, что при ухудшении качества генома, например, из-за накопления слабовредных мутаций, живые организмы становятся более уязвимыми к воздействию антропогенных факторов вымирания (связанных, например, с сокращением природных местообитаний в силу хозяйственной деятельности человека).

Рисунок: Вероятность для млекопитающих оказаться под угрозой вымирания в зависимости от массы тела и генетических свойств видов (несинонимических нуклеотидных замен в митохондриальном геноме, Ka/Ks). Красными кружками обозначены виды с высоким уровнем угрозы вымирания (категория EN согласно Международной Красной книге), серыми кружками – виды с низким уровнем угрозы (категория LC). Из графика видно, что виды с высоким уровнем угрозы - это в основном крупные виды и виды с высоким значением Ka/Ks (для последних характерна низкая эффективность отбора против слабовредных мутаций). Вероятность оказаться под угрозой вымирания передается площадью соответствующих кругов; каждый круг соответствует одному виду; общее число видов n = 151. Три окружности, находящиеся в правом нижнем углу графика с указанными рядом с ними вероятностями (PEN), передают масштаб последней величины. Рисунок взят из цитируемой статьи.

В работе ставится задача оценить эффект слабовредных мутаций (несинонимических нуклеотидных замен в митохондриальном геноме млекопитающих) на фоне эффекта массы тела. Последняя рассматривается как интегральная характеристика экологических свойств видов, поскольку с массой коррелируют многие экологические свойства, влияющие на вымирание (например, для крупных животных характерна низкая плотность популяции и низкая максимальная скорость роста численности – свойства, которые увеличивают риск вымирания независимо от действия генетических факторов). Риск вымирания находили исходя из принадлежности видов к двум альтернативным уровням угрозы – высокому (виды, находящиеся в опасности; категория EN согласно Международной Красной книге) и низкому (виды, вызывающие наименьшие опасения; категория LC). Сравнительно-видовой анализ показал, что повышение риска вымирания от низкого уровня к высокому на 38% объясняется ослаблением отбора против слабовредных мутаций и на 62% - увеличением массы тела. С учетом статистической ошибки этих величин эффект генетических факторов составляет от 25 до 50%. Таким образом, генетические свойства видов играют существенную роль в вымирании, но все-таки их роль, по-видимому, меньше, чем роль экологических свойств. Тем не менее эффект генетических факторов не следует недооценивать, поскольку для экологических признаков действует сформулированный в работе принцип Тяни-Толкая: экологические признаки крупных видов могут не только способствовать, но и препятствовать вымиранию; например, крупные звери отличаются долговечностью взрослых особей и низким размахом колебаний численности – оба этих признака уменьшают риск вымирания. Напротив, накопление слабовредных мутаций, являющееся результатом неэффективного отбора против таких мутаций, не имеет компенсирующих механизмов. В дальнейшем предполагается оценить роль генетических и экологических признаков для зверей, находящихся в состоянии наивысшей угрозы вымирания (категория CE).

Роль генетических факторов вымирания для этих видов может оказаться выше, чем для видов с более низким уровнем угрозы, изученных в этой работе.

Источник: Polishchuk L.V., Popadin K.Y., Baranova M.A., Kondrashov A.S. A genetic component of extinction risk in mammals. Oikos. 2015. V. 124. No. 8. P. 983-993. (DOI: 10.1111/oik.01734).

Автор: Леонард Полищук