National Science Foundation sfinansuje badania na UC Santa Cruz, które zbadają DNA niedźwiedzi brunatnych w dolnych 48 stanach, gdzie liczebność tego kultowego zwierzęcia drastycznie spadła w ciągu ostatniego stulecia. Projekt badawczy wykorzysta technologie sekwencjonowania genetycznego, aby zbadać skutki tego szybkiego spadku populacji, a także skutki poprzednich działań w zakresie ochrony środowiska.

Dlaczego niedźwiedzie?

Globalnie, obecne wskaźniki wymierania wszystkich gatunków są nawet 1000 razy wyższe niż wskaźniki historyczne, a ponad milion gatunków jest obecnie zagrożonych wyginięciem — wiele w ciągu dekad. Straty te nieproporcjonalnie dotknęły megafaunę, zwłaszcza drapieżniki, takie jak niedźwiedź brunatny (Niedźwiedź polarny). Na świecie pozostało około 200 000 niedźwiedzi brunatnych różnych podgatunków, rozproszonych po północnej Eurazji i Ameryce Północnej.

Niedźwiedzie brunatne, których podgatunkiem jest kultowy grizzly, są wymienione na liście gatunków zagrożonych na mocy ustawy o gatunkach zagrożonych od 1975 r. Pod koniec XIX wieku populację niedźwiedzi brunatnych w dolnych 48 stanach USA szacowano na ponad 50 000 osobników. Obecnie jest ich mniej niż 2000.

Oprócz degradacji siedlisk i zmiany użytkowania gruntów, ludzie od dawna polują na niedźwiedzie brunatne z wielu powodów. W porównaniu do ewolucyjnych skal czasowych, które historycznie kształtowały bioróżnorodność, skale czasowe zmian spowodowanych przez człowieka są znacznie krótsze. Jak te szybkie zmiany antropogeniczne wpłyną na globalną różnorodność gatunków, pozostaje niejasne bez odpowiedniego monitorowania i znaczących miar zmian, według Joanny Kelley, profesor ekologii i biologii ewolucyjnej.

„Chociaż genomika może w znacznym stopniu pomóc inicjatywom ochrony, brak testów ograniczył jej wpływ w ciągu ostatniej dekady” — powiedział Kelley, główny badacz projektu. „Czasami zalecenia dotyczące zarządzania są formułowane na podstawie badań genetycznych, przy czym niewiele uwagi poświęca się ograniczeniom analiz lub praktycznym rozważaniom dotyczącym zarządzania na miejscu”.

Wejdź do genomiki konserwatorskiej

Genetyka została po raz pierwszy zastosowana jako narzędzie ochrony przyrody pod koniec lat 80. XX wieku, kiedy markery genetyczne zostały użyte do określenia grup hodowlanych i zarządzających dla „planów przetrwania gatunku” w ogrodach zoologicznych oraz do identyfikacji linii rodzicielskiej w celu rekonstrukcji rodowodów. Gdy genetyka przekształciła się w genomikę — sekwencjonowanie całego genomu, oparte na macierzach, o zmniejszonej reprezentacji — wielu w społeczności ochrony przyrody przyjęło różne podejścia do szacowania różnorodności genetycznej populacji i „przepływu genów” wśród lokalnie zdefiniowanych populacji.

Międzynarodowa Unia Ochrony Przyrody stwierdziła w swoim najnowszym dokumencie Global Biodiversity Framework, że „różnorodność genetyczna gatunków dzikich i udomowionych [should be] chronione, z zachowaniem co najmniej 90 procent różnorodności genetycznej w obrębie wszystkich gatunków”. Jednak poza pomocą w śledzeniu zarządzanych grup gatunków, przeprowadzono niewiele badań nad tym, jak genomika może być wykorzystana do efektywnego informowania o ochronie dzikich populacji, powiedział Kelley.

Kompleksowe dane i współpraca

W ramach tego projektu Kelley wykorzysta obszerny zestaw historycznych i współczesnych próbek niedźwiedzi brunatnych, aby scharakteryzować różnorodność genomiczną na przestrzeni ostatnich 200 lat, sposób, w jaki się zmieniła, oraz to, czy decyzje zarządcze wpłynęły na krajobraz genomiczny gatunku. Jej celem jest opracowanie planów działań ochronnych i zbadanie konsekwencji przeszłych wąskich gardeł i długoterminowych małych rozmiarów populacji. Zaleci również potencjalne przyszłe działania zarządcze przy użyciu narzędzi genomicznych.

Dla społeczności zajmującej się ochroną przyrody w szerszym ujęciu zespół Kelleya skwantyfikuje ograniczenia różnych typów danych genomicznych w celu oszacowania statystyk populacyjno-genetycznych i zapewni lepsze zrozumienie, w jaki sposób te statystyki odnoszą się do statusu ochrony i działań zarządczych. Na przykład ocenią, w jaki sposób decyzje zarządcze zmienią się w zależności od tego, które zestawy danych zostaną wykorzystane, dostarczając ważnych wytycznych społeczności zajmującej się ochroną przyrody.

W ciągu pięcioletniego projektu Kelley będzie współpracować z US Fish and Wildlife Service (USFW), US Geological Survey (USGS), UC Riverside, University of Montana i Washington State University Bear Center. Jej intencją jest, aby system monitoringu genomicznego z tej pracy został natychmiast wykorzystany w terenie.

„Świetnym przykładem tego typu bazy danych, z którą jesteśmy w stanie się utożsamić, jest 23andMe lub Ancestry, gdzie po otrzymaniu nowej próbki można umieścić ją na mapie, aby określić pochodzenie genetyczne” — powiedział Kelley. „Jeśli możemy zrobić to samo i zasadniczo zbudować 23andMe dla niedźwiedzi, możemy dowiedzieć się, skąd pochodzą niedźwiedzie, jakie jest ich pochodzenie genetyczne. A jeśli myślimy o działaniach na rzecz ochrony, takich jak zarządzanie, wiemy, skąd i dokąd należy przenieść populacje”.

Ostatnią fazą projektu będzie stworzenie kompleksowego, przyjaznego dla użytkownika zbioru danych genomicznych dotyczących populacji niedźwiedzi brunatnych w 48 stanach, co umożliwi integrację danych genomicznych z rocznymi raportami i wzmocni przyszłe zalecenia dotyczące zarządzania ochroną.

Dlaczego teraz?

Kelley powiedziała, że ​​finansowanie tych badań pojawia się w krytycznym momencie, biorąc pod uwagę oczekujące wysiłki na rzecz „rewildingu” ekosystemu Bitterroot w Montanie i Northern Cascades w stanie Waszyngton. „Będziemy badać zarówno historyczne, jak i współczesne populacje niedźwiedzi brunatnych, ze szczególnym uwzględnieniem populacji, w przypadku których aktywnie podejmowane są działania w zakresie ochrony przyrody” – wyjaśniła. „Te badania wykroczą poza opublikowaną stronę i zostaną zintegrowane z decyzjami i polityką zarządzania. Jesteśmy zaszczyceni współpracą z partnerami w zakresie ochrony przyrody, którzy mają dziesięciolecia doświadczenia w tej dziedzinie”.

Projekt będzie pobierał próbki DNA z długoterminowego monitoringu przeprowadzanego przez agencje federalne, zbiorów biologicznych dostarczonych przez Smithsonian Natural History Museum i University of Montana Zoological Museum, a także nowoczesnych danych genetycznych. Około 1,8 miliona dolarów zostało przyznane wszystkim partnerom na sfinansowanie projektu, z czego nieco ponad 500 000 dolarów trafiło do UC Santa Cruz.

Badania te są jednym z 10 projektów, które otrzymały łącznie 16 milionów dolarów dofinansowania w ramach Program Partnerstwa na rzecz rozwoju nauki i praktyki ochrony środowiskapierwsza w swoim rodzaju współpraca między National Science Foundation i Paul G. Allen Family Foundation. Obecnie w drugim roku trwania programu, ma on na celu katalizowanie głębokiej współpracy między badaczami rozwijającymi podstawowe nauki a partnerami ochrony przyrody zaangażowanymi w działania terenowe.

Więcej informacji znajdziesz w oficjalnym ogłoszeniu.