Ученые из Йельского университета смогли извлечь эволюционные данные из сильно разрушенной ДНК и выявили два вымерших вида гигантских черепах. Некоторые музейные образцы галапагосских гигантских черепах содержали настолько мало пригодной для анализа ДНК, что удалось прочитать менее 1% их генома. Несмотря на это, исследователям удалось собрать достаточно генетической информации, чтобы определить две вымершие островные линии и восстановить их эволюционную историю по образцам, которые обычно отбрасываются при стандартных методах.
Для этого специалисты объединили несколько инструментов геномного анализа, предназначенных для работы с сильно деградировавшим генетическим материалом. Полученные результаты могут также помочь в расширении популяций гигантских черепах на Галапагосском архипелаге, где следы вымерших линий могут сохраняться в живущих ныне гибридах. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Древняя ДНК создает постоянную проблему для ученых, изучающих вымершие виды. По мере разрушения генетического материала со временем полные геномы распадаются на разрозненные фрагменты, оставляя значительные пробелы, которые затрудняют определение родственных связей между особями и популяциями. Команда под руководством Йельского университета разработала вычислительный подход, позволяющий извлекать эволюционную информацию из таких неполных геномов без необходимости в более сохранном образце ДНК.
«Сложность этого исследования заключалась в том, чтобы восстановить генетические связи вымерших галапагосских гигантских черепах, зная, что ДНК, которую мы смогли получить из музейных образцов, будет сильно разрушена и фрагментирована и будет иметь высокую долю загрязнения», — сказал ведущий автор исследования Александр Очоа, бывший научный сотрудник Йельского департамента экологии и эволюционной биологии, который осенью начинает работу в должности доцента в Университете штата Нью-Йорк в Олд-Уэстбери.
Очоа проводил работу в лаборатории Адальджизы Какконе, старшего научного сотрудника и преподавателя Йельского департамента экологии и эволюционной биологии, члена Йельского факультета искусств и наук и соавтора исследования. Текущие исследования лаборатории сосредоточены на понимании генетического разнообразия галапагосских гигантских черепах. Ученые извлекли ДНК из высохших костей в исторических музейных коллекциях, включая пять образцов, представляющих две вымершие линии черепах. Они объединили сохранившиеся генетические фрагменты и нанесли информацию на референсное филогенетическое дерево, которое отображает эволюционные связи.
Референсное дерево было построено с использованием высококачественных геномов живущих черепах и других исторических образцов. Оно послужило основой для определения места сильно деградировавших образцов в эволюционной истории черепах. В некоторых из изученных деградировавших образцов удалось прочитать менее 1% генома. Обычные геномные анализы часто отбрасывают образцы с такими обширными пропусками данных, поскольку пробелы могут исказить оценки эволюционных связей. Однако, объединив несколько вычислительных инструментов, исследователи успешно идентифицировали образцы, принадлежащие к вымершим линиям островов Сан-Кристобаль и Санта-Фе.
«Это две отдельные линии», — сказал Очоа, добавив, что связь этих вымерших популяций с живущими сегодня черепахами может иметь значение для природоохранных усилий на всем Галапагосском архипелаге. Моряки исторически перевозили галапагосских черепах между островами в качестве груза и использовали их в пищу, отметил Очоа. Некоторые перемещенные черепахи выжили и скрещивались с животными с других островов. Из-за этих вызванных человеком перемещений генетический материал вымерших линий может все еще «жить» в существующих гибридных черепахах.
«В этом смысле программы разведения в неволе, которые спаривают этих гибридов, могут быть способны восстановить геномы вымерших линий в будущих поколениях», — сказал Очоа. «Инструменты, разработанные в нашем исследовании, полезны не только для обнаружения вымерших линий, но и могут быть применены к более широким усилиям по сохранению дикой природы». Работа финансировалась Galapagos Conservancy (GR117985), Turtle Taxonomy Fund (TTF-0020), Natural Environment Research Council (Discipline Hopping Fund), Re:wild (5248-0000) и при институциональной поддержке Йельского центра биосферных исследований и Школы естественных и экологических наук Университета Ньюкасла.