ДНК-исследование показало, что коалы были на грани вымирания еще до появления человека

Масштабное геномное исследование показало, что все современные коалы произошли от крошечной популяции, пережившей почти полное вымирание около 100 000 лет назад. Credit: Shutterstock

Масштабный геномный анализ меняет представление ученых об эволюции коал. Исследование показывает, что коалы (Phascolarctos cinereus) пережили резкое сокращение численности популяции около 100 000 лет назад, задолго до появления человека в Австралии.

Каждая живущая сегодня коала, по-видимому, происходит от единой предковой популяции, которая выдержала драматические изменения окружающей среды, включая интенсивные ледниковые периоды.

Однако современные коалы сталкиваются с иным набором опасностей, включая охоту, массовую вырубку земель, лесные пожары и болезни.

Исследователи из Сиднейского университета и Техасского университета A&M, возглавившие работу, ставят под сомнение более ранние исследования, предполагавшие, что численность коал сократилась только после прибытия человека в Австралию. Результаты были опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution издательства Oxford University Press.

«Это исследование переписывает временную шкалу генетической истории коал в Австралии», — говорит аспирант Тоби Ковач, руководивший исследованием.

«Рассчитав скорость мутаций современных популяций коал, мы можем оценить и выстроить генетическую временную шкалу вплоть до 100 000 лет назад, чтобы получить представление о генетическом разнообразии и размерах древних популяций коал».

ДНК коал раскрывает скрытую историю популяции

Г-н Ковач отметил, что ископаемые свидетельства слишком ограничены, чтобы точно показать, сколько коал жило в Австралии 100 000 лет назад. Геномные данные могут помочь восполнить эти пробелы, сохраняя подсказки о более ранних размерах популяции и изменениях генетического разнообразия.

«Геномный анализ показывает, что коалы в прошлом переживали серьезные сокращения популяции из-за изменения климата и потери среды обитания. Когда условия окружающей среды улучшались, их популяции восстанавливались и расширялись на большую часть восточной Австралии».

«Важно подчеркнуть, что многие угрозы, с которыми сталкиваются современные популяции коал, вызваны деятельностью человека, включая потерю среды обитания и охоту».

Изучая то, как коалы реагировали на предыдущие сокращения и восстановления популяции, ученые, возможно, смогут разработать более эффективные стратегии сохранения этого вида сегодня.

Как исследователи реконструировали эволюцию коал

Чтобы восстановить генетическую историю коал, ученые сосредоточились на скорости мутаций в их геноме (генетической информации организма). Новые мутации (генетические изменения) естественным образом появляются в геноме каждый раз, когда организм размножается. Скорость мутаций описывает, сколько таких изменений возникает в каждом поколении. Показатели варьируются в зависимости от вида: у одних животных генетические изменения накапливаются быстрее, чем у других.

Команда секвенировала геномы четырех триад «родитель-потомство» и подсчитала количество появившихся новых мутаций. Это позволило им рассчитать точную скорость мутаций для коал, которая оказалась примерно вдвое ниже, чем у людей.

Затем исследователи применили недавно измеренную скорость к 457 геномам коал. Это дало им более точный способ проследить, как популяции коал расширялись, сокращались и разделялись на протяжении тысячелетий.

Работа представляет собой первую прямую оценку скорости мутаций для коал или любого представителя отряда двурезцовых сумчатых (Diprotodontia), к которому также относятся вомбаты, кенгуру и опоссумы.

Более ранние исследования показали, что популяции коал сократились после прибытия современных людей в Австралию около 65 000 лет назад. Однако эти оценки были основаны на скорости мутаций, взятых у отдаленно родственных млекопитающих, таких как люди и мыши.

Коалы сократились до прибытия человека

Новый анализ показывает, что масштабное сокращение популяции коал началось около 100 000 лет назад. Затем их численность достигла критического генетического «бутылочного горлышка» почти 60 000 лет назад.

Это сокращение совпало с периодом серьезных экологических нарушений во время последнего ледникового периода позднего плейстоцена. Временные рамки относят сокращение задолго до контакта с человеком.

Территория, которая впоследствии стала Австралией, в палеогене (23–66 миллионов лет назад) была в основном покрыта влажными лесами. Условия резко изменились в миоцене (5–23 миллиона лет назад), когда Австралийская тектоническая плита двинулась на север.

В течение плейстоцена (от 2,5 миллиона до 11 700 лет назад) Австралия неоднократно переходила от ледниковых периодов, характеризующихся холодными и засушливыми условиями, к межледниковым периодам, характеризующимся более теплыми и влажными условиями. Эти циклы неуклонно меняли облик континента, делая его ландшафты более засушливыми и все более уязвимыми для пожаров.

Около 70 000 лет назад расширяющаяся равнина Налларбор создала обширную область полузасушливых кустарников. Это сократило количество подходящей среды обитания для коал и разделило популяции в восточной и западной Австралии.

Западная популяция коал в конечном итоге исчезла. Небольшой популяции на востоке удалось пережить самые суровые ледниковые условия.

Небольшая популяция восстановила вид

Условия улучшились в течение текущего межледникового периода, что позволило выжившей восточной популяции расшириться. В период между 16 500 и 6 000 лет назад она разделилась на пять генетически различных популяций.

Эти группы в конечном итоге дали начало популяциям коал, которые сейчас встречаются вдоль восточного побережья Австралии.

«Учитывая эти результаты, нам теперь интересно посмотреть, испытали ли другие австралийские виды, включая ближайших родственников вымершей мегафауны, сокращение популяции до прибытия человека», — говорит г-н Ковач.

Недавно рассчитанная скорость мутаций не только проясняет древнее прошлое коал. Ученые также могут использовать ее для изучения недавних изменений численности популяции и улучшения современного планирования охраны природы.

Оценки, охватывающие последние поколения коал, показывают, что популяции в Квинсленде и Новом Южном Уэльсе продолжают сокращаться. Напротив, популяции в Виктории, по-видимому, восстанавливаются.

Коалы официально занесены в список исчезающих видов в Квинсленде, Новом Южном Уэльсе и Австралийской столичной территории с 2022 года.

Геномные исследования могут помочь в сохранении вида

Г-н Ковач говорит: «Понимание того, сокращаются ли популяции коал, помогает защитникам природы действовать на ранних стадиях, до того, как популяции потеряют генетическое разнообразие и столкнутся с повышенными рисками от инбридинга.

«Коалы переживали масштабные сокращения популяции в прошлом, когда климат менялся и подходящая среда обитания исчезала. Выжившие коалы снова переживают подобное сокращение, но на этот раз из-за вызванных человеком вырубки лесов, лесных пожаров, охоты и болезней».

«Наша команда создает огромные геномные ресурсы для коал, но чтобы полностью понять, что могут рассказать нам эти наборы данных, нам также необходимо знать, как быстро возникают новые генетические изменения у этого вида», — говорит г-н Ковач.

«Оценка скорости мутаций улучшает нашу способность реконструировать историю популяции коал, понимать их способность адаптироваться и принимать более обоснованные решения по сохранению вида в будущем».

Источники:

Материалы предоставлены Сиднейским университетом.

Toby G L Kovacs, Nicole M Foley, Luke W Silver, Elspeth A McLennan, William J Murphy, Carolyn J Hogg, Simon Y W Ho. Mutation rate estimate and population genomic analysis reveals decline of koalas prior to human arrival. Molecular Biology and Evolution, 2026; 43 (6) DOI: 10.1093/molbev/msag108