UNIVERSITY PARK, Pensylwania — Żyrafy we wschodniej Afryce mogą być jeszcze bardziej zagrożone niż wcześniej sądzono. Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Penn State ujawniło, że populacje żyraf Masajów oddzielone geograficznie przez Dolinę Wielkich Rowów Afrykańskich nie krzyżowały się ani nie wymieniały materiału genetycznego od ponad tysiąca lat, a w niektórych przypadkach od setek tysięcy lat. Naukowcy zalecają, aby obie populacje rozpatrywać oddzielnie do celów ochrony, z oddzielnymi, ale skoordynowanymi działaniami ochronnymi w celu zarządzania każdą populacją.

Populacje żyraf gwałtownie spadły w ciągu ostatnich 30 lat, a na całym świecie pozostało mniej niż 100 000 osobników. Liczebność żyraf Masajów, gatunków występujących w Tanzanii i południowej Kenii, które są uważane za zagrożone przez Międzynarodową Unię Ochrony Przyrody (IUCN), spadła w tym okresie o około 50% z powodu nielegalnych polowań i innych działań człowieka, które wkraczają w ich siedliska , a pozostało tylko około 35 000 osobników.

„Siedlisko żyraf Masajów jest bardzo rozdrobnione, częściowo z powodu gwałtownej ekspansji populacji ludzkiej we wschodniej Afryce w ciągu ostatnich 30 lat i wynikającej z tego utraty siedlisk dzikich zwierząt” – powiedział Douglas Cavener, Dorothy Foehr Huck i J. Lloyd Huck Wybitna katedra genetyki ewolucyjnej i profesor biologii w Penn State oraz lider zespołu badawczego. „Ponadto Wielka Rift Valley przecina Afrykę Wschodnią, a strome zbocza jej skarp stanowią potężne bariery dla migracji dzikich zwierząt. Przyjrzeliśmy się genomom 100 żyraf Masajów, aby ustalić, czy populacje po obu stronach szczeliny krzyżowały się, aby rozmnażać się w niedawnej przeszłości, co ma ważne implikacje dla ochrony przyrody”.

Według naukowców żyrafy są notorycznie kiepskimi wspinaczami. Korzystając z danych satelitarnych o wysokiej rozdzielczości, zespół znalazł tylko dwa miejsca, w których kąt nachylenia szczeliny był wystarczająco płytki, aby żyrafy mogły się na nie wspiąć, ale nie ma doniesień, że faktycznie to robią. Aby lepiej zrozumieć historyczną wymianę informacji genetycznych, naukowcy wykorzystali kombinację sekwencjonowania całego genomu genomu jądrowego, który obejmuje informacje genetyczne przekazywane od obojga rodziców, a także genom mitochondrialny, który obejmuje informacje przekazywane wyłącznie z linii matczynej . Przedstawiają swoje wyniki w artykule, który ukaże się 12 czerwca w czasopiśmie Ecology and Evolution.

„Krzyżowanie różnych populacji skutkuje wymianą informacji genetycznej – często nazywanej przepływem genów – i jest ogólnie uważane za korzystne, ponieważ może poprawić ogólną różnorodność genetyczną i pomóc chronić małe populacje przed chorobami i innymi zagrożeniami” – powiedział Lan Wu-Cavener, adiunkt naukowy biologii i członek zespołu badawczego. „Aby zrozumieć potencjalny przepływ genów przez szczelinę, zsekwencjonowaliśmy ponad 2 miliardy par zasad, które tworzą cały genom jądrowy, a także ponad 16 000 par zasad, które tworzą cały genom mitochondrialny. Te złożone dane stanowiły dla naszego małego zespołu szereg wyzwań związanych z obliczeniami i przechowywaniem danych, ale wykorzystanie całego genomu zamiast niewielkiej części pozwoliło nam ostatecznie zbadać zakres przepływu genów między tymi populacjami”.

Naukowcy zidentyfikowali kilka bloków genów w genomie mitochondrialnym, które są zwykle dziedziczone razem – które naukowcy nazywają haplotypami – w dwóch populacjach i przeprowadzili analizę sieci opartą na wzorcach podobieństwa między tymi haplotypami. Odkryli, że żyrafy po wschodniej stronie szczeliny nie miały nakładających się haplotypów z żyrafami po zachodniej stronie szczeliny, co sugeruje, że samice nie migrowały przez szczelinę w celu rozmnażania się w ciągu ostatnich 250 000-300 000 lat.

„Przepływ genów za pośrednictwem kobiet między dwiema populacjami nie miał miejsca od setek tysięcy lat, a prawdopodobnie nigdy” – powiedział Cavener. „To wywołało nowe pytanie, którego nie przewidzieliśmy, dotyczące pochodzenia tych populacji. Początkowo myśleliśmy, że jedna populacja została założona, a następnie niektóre osobniki przeszły na drugą stronę szczeliny, aby założyć drugą populację. Ale teraz myślimy, że te dwie populacje powstały niezależnie ponad 200 000 lat temu”.

Analiza genomu jądrowego sugeruje, że przepływ genów poprzez ruch samców mógł mieć miejsce nawet tysiąc lat temu. Naukowcy planują pobrać próbki od dodatkowych zwierząt z obu populacji, aby lepiej zrozumieć, kiedy i dlaczego ten przepływ genów mógł się zatrzymać.

„Wzięte razem, wyniki te sugerują, że populacje żyraf po obu stronach szczeliny są genetycznie odrębne, a każda populacja ma mniejszą różnorodność genetyczną, niż gdyby były jedną, większą, połączoną populacją” – powiedział Cavener. „Istnieje bardzo małe prawdopodobieństwo, że żyrafy samodzielnie przekroczą szczelinę, a translokacja jest wysoce niepraktyczna w przypadku żyraf. Sugeruje to, że żyrafy Masajów są bardziej zagrożone, niż wcześniej sądziliśmy, i że wysiłki na rzecz ochrony każdej populacji należy rozpatrywać w niezależny, ale skoordynowany sposób. Mamy nadzieję, że rządy Tanzanii i Kenii zwiększą ochronę żyraf Masajów i ich siedlisk, zwłaszcza biorąc pod uwagę niedawny wzrost kłusownictwa żyraf na tym obszarze”.

Naukowcy odkryli również alarmująco wysokie wskaźniki chowu wsobnego – procesu, który zmniejsza różnorodność genetyczną i ogólną sprawność populacji – zarówno po wschodniej, jak i zachodniej stronie szczeliny. Naukowcy planują kontynuować badania populacji żyraf Masajów po obu stronach szczeliny, w tym tych, które są szczególnie odizolowane, aby lepiej zrozumieć wszelkie zagrożenia wynikające z chowu wsobnego. Planują również zbadać, w jaki sposób żyrafy przemieszczają się między grupami po wschodniej stronie szczeliny, gdzie siedlisko jest szczególnie podzielone, aby lepiej zrozumieć, jak nadać priorytet działaniom ochronnym, aby utrzymać łączność między nimi.

„Chcielibyśmy również wykorzystać genetykę do wyjaśnienia relacji między rodzicami i rodzeństwem u żyraf Masajów” – powiedział Cavener. „Jest wiele rzeczy, których nie wiemy o tym, jak żyrafy łączą się w pary, na przykład, czy tylko kilka samców z powodzeniem rozmnaża się w lokalnej populacji przez wiele lat, czy też kilka samców rozmnaża się w tej populacji? Te pytania są niezwykle ważne dla oszacowania rzeczywistej populacji lęgowej populacji i będą nadal kierować naszymi wysiłkami na rzecz ochrony i zachowania tych majestatycznych i charyzmatycznych zwierząt”.

Oprócz Cavenera i Wu-Cavenera w skład zespołu badawczego w Penn State wchodzi pierwszy autor George Lohay, doktor habilitowany, który zebrał próbki biologiczne od dzikiej żyrafy w Tanzanii; profesor nadzwyczajny biologii Derek Lee i afiliowana w dziedzinie biologii Monica Bond, których praca w ciągu ostatniej dekady nad populacjami żyraf Masajów w tym badaniu była kluczowa dla zaprojektowania projektu i interpretacji wyników; student studiów licencjackich David Pearce; i doktorant Xiaoyi Hou. Prace te były wspierane przez Departament Biologii Stanu Penn, Eberly College of Science oraz Huck Institutes of the Life Sciences, a także Wild Nature Institute.