Почти полвека специалисты не могли установить причину массового исчезновения лягушек в бразильском атлантическом лесу — одном из самых богатых регионов мира по разнообразию земноводных. С 1970-х годов исследователи фиксировали резкое падение численности этих животных, но объяснения этому не находили. Теперь учёные из Центра геномики охраны природы при Смитсоновском национальном зоопарке и Институте биологии охраны природы (NZCBI) и Университета штата Пенсильвания (PSU) представили доказательства того, что виной всему смертельное грибковое заболевание. Результаты работы опубликованы в журнале Molecular Ecology.
Речь идёт о хитридиомикозе, который часто называют просто «хитридом». Его вызывает микроскопический гриб Batrachochytrium dendrobatidis. По мнению учёных, возбудитель появился в Азии, а в 1970–1980-х годах распространился по всему миру. Однако официально гриб был описан только в 1999 году — уже после того, как начались катастрофические сокращения популяций земноводных. К тому моменту сотни видов амфибий по всему миру оказались на грани вымирания, а некоторые исчезли полностью. Поскольку множество популяций рухнуло ещё до того, как наука узнала о существовании гриба, доказать его вину было особенно сложно.
«Спустя почти 50 лет мы всё ещё не можем уверенно сказать, что вызвало многие исторические случаи гибели амфибий, из-за чего эти сокращения стали одними из самых затяжных нераскрытых дел в эпидемиологии дикой природы», — заявил Джек Бойетт, выпускник-стипендиат NZCBI и докторант PSU, возглавивший исследование. Одна из таких загадок связана с биологической станцией Борасея в бразильском атлантическом лесу, где в 1979–1982 годах численность земноводных резко упала. Ранее некоторые специалисты предполагали, что причиной могли стать изменения климата или необычно суровая погода. Однако новые данные указывают на то, что в это же время по территории распространялось грибковое заболевание.
«Хотя факторы окружающей среды могли сыграть свою роль, наши результаты напрямую указывают на хитридный гриб: региональное вторжение возбудителя совпало по времени с этими необъяснимыми исчезновениями амфибий», — отметил Бойетт. Чтобы разобраться в произошедшем, исследователи обратились к неожиданному источнику — лягушкам, сохранённым в музейных коллекциях десятилетия назад. В Смитсоновском национальном музее естественной истории хранятся образцы, собранные Уильямом Рональдом Хейером, бывшим куратором отдела амфибий и рептилий. Он совершил пять экспедиций на станцию Борасея: две в 1970-х годах, до крупных сокращений популяций, и три в 1980-х, после массовой гибели животных. Эти сохранённые экземпляры дали редкую возможность заглянуть в период до и после загадочных исчезновений.
Команда проанализировала образцы более чем 370 сохранённых амфибий, относящихся к 17 видам, искала следы хитридной инфекции и отслеживала, как часто гриб встречался с течением времени. Результаты показали разительную перемену: ни один из экземпляров, собранных до 1979 года, не имел признаков заражения. Среди собранных в 1980-х годах более половины дали положительный результат. Такой резкий рост говорит о том, что возбудитель появился и распространился в местном сообществе земноводных примерно в то же время, когда рушились популяции лягушек. При этом исследователи обнаружили неожиданную закономерность: виды, пострадавшие сильнее всего, не showed признаков инфекции в сохранённых образцах, а виды со стабильной численностью часто были носителями гриба.
На первый взгляд это может показаться противоречием, но учёные объясняют это различиями в реакции видов на болезнь. Некоторые лягушки, вероятно, были естественно устойчивы к инфекции и выживали даже при наличии гриба. Более уязвимые виды могли погибать так быстро после заражения, что заражённых особей почти или совсем не удавалось собрать. «Важно помнить, что не все виды понесли катастрофические потери в Борасее, — сказал Бойетт. — Виды, которые не сократились, возможно, естественно переносили гриб, что позволяло им заражаться без массовой гибели. Напротив, виды, сократившиеся наиболее драматично, могли быть настолько восприимчивы, что заражённые лягушки умирали раньше, чем Хейер успевал их собрать». В целом результаты указывают на то, что хитрид быстро распространялся среди лягушек, ранее почти не сталкивавшихся с болезнью, что имело разрушительные последствия для неспособных противостоять инфекции видов.
Для Майкла Кампаны, геномиста NZCBI, участвовавшего в работе, эти результаты демонстрируют огромную научную ценность музеев естественной истории. Образцы, сохранённые много десятилетий назад, могут содержать биологические свидетельства, которые исследователи того времени не могли распознать. Современные методы тестирования позволяют вернуться к этим коллекциям и изучить вспышки, случившиеся задолго до открытия возбудителей. «Музейные коллекционеры не могли предвидеть, насколько важными окажутся их собрания для современных задач охраны природы, но без них мы никогда не смогли бы обнаружить патогены, остававшиеся незамеченными десятилетиями, и восстановить картину вспышек болезней, которые иначе остались бы загадкой», — сказал Кампана. Понимание прошлых вспышек может помочь учёным предвидеть будущие угрозы, в том числе связанные с другим грибковым патогеном B. salamandrivorans, который угрожает популяциям саламандр в Европе и может быть опасен для саламандр Северной Америки.
Несмотря на серьёзные потери прошлых десятилетий, последние данные дают и обнадёживающие свидетельства восстановления. Совместно с исследователями из Университета Сан-Паулу команда совершила шесть поездок в Борасею в 2022–2024 годах, чтобы изучить нынешних амфибий. Из 17 видов, представленных в исторической коллекции Хейера, учёные обнаружили 12. Оставшиеся пять найти не удалось, поэтому их текущее состояние остаётся неясным. Тем не менее обследования показывают, что большинство видов амфибий в Борасее восстановились после серьёзного спада начала 1980-х. Гриб никуда не исчез: хитридные инфекции по-прежнему встречаются у местных лягушек, но характер заражения говорит о том, что виды, некогда сильно страдавшие от болезни, могли выработать большую устойчивость за сменяющиеся поколения. Это помогает объяснить, почему многие популяции выжили и восстановились, несмотря на постоянный контакт с возбудителем.
Хотя данные убедительно указывают на роль хитрида в историческом спаде в Борасее, исследователи предупреждают, что их выводы относятся именно к этому месту и не объясняют автоматически исчезновения амфибий в других частях атлантического леса. Тем не менее работа даёт убедительное объяснение давней местной загадки и показывает, как исторические образцы помогают восстановить картину вспышек, которые иначе остались бы плохо изученными. Исследование продолжается: сейчас учёные изучают ДНК, извлечённую из музейных экземпляров, чтобы выявить генетические механизмы, влиявшие на реакцию амфибий на хитридные инфекции в прошлом. Отдельные проекты используют древнюю экологическую ДНК (следы генетического материала организмов в окружающей среде), чтобы восполнить пробелы в исторических записях. Вместе эти усилия могут дать более ясную картину того, как хитрид возникал, распространялся и влиял на биоразнообразие амфибий на протяжении последнего столетия, а также помочь защитить уязвимые виды от будущих грибковых эпидемий.