DNA-undersøgelse peger på mennesker som årsag til Carolina-parakettens uddøen

En genomisk analyse afslører, at Carolina-paraketten forsvandt pludseligt og pludseligt, uden at der var nogen genetiske signaturer, der var forbundet med en svindende bestand, og at denne arts uddøen derfor udelukkende kan tilskrives mennesker

Der var indtil for 100 år siden, da den sidste af sin art døde i fangenskab i Cincinnati Zoo, hjemsted for Nordamerika sin egen endemiske papegøjeart: den typiske Carolina-parakit, Conuropsis carolinensis. Carolina-parakitten havde den nordligste udbredelse af alle moderne papegøjearter: dens udbredelsesområde blev anslået til at strække sig fra det østlige Colorado til Atlanterhavet og fra den sydlige halvdel af staten New York hele vejen til Den Mexicanske Golf (ref; kort).

Denne lille, slankbyggede neotropiske papegøje var smaragdgrøn med et lysegult hoved og hals, et rødorange ansigt og et lyst hornfarvet næb, og den havde en lang, spids hale. Den underart, der levede inde i landet i hele de centrale dele af USA, kunne visuelt skelnes fra sin mere kystnære fætter ved det blå skær, der gennemstrømmede dens grønne fjerdragt.

Carolina-parakitten var dristig og flokagtig og blev ofte set flyve rundt i sprudlende flokke på hundredvis af individer i lavlandets gamle skove, skovkanter og kanebreaks, der opstod omkring floder. Desværre blev disse støjende papegøjer genstand for de nyankomne europæiske nybyggere, som ødelagde deres levesteder for at bygge byer og gårde, og som forfulgte dem nådesløst som gengæld for at spise frugt- og kornafgrøder og for at samle deres fjer til at dekorere moderigtige damehatte, og som endog skød dem ned fra himlen blot for den perverse fornøjelse at dræbe noget vildt, levende og smukt.

Tragisk nok var det kun ganske få landmænd og naturforskere, der nogensinde var tilstrækkeligt opmærksomme på disse papegøjers vaner til at vide, at disse fugle var enestående gavnlige på grund af deres forkærlighed for kikærter, Xanthium strumarium. Kakkelurt er en udbredt plante, der producerer en gift, som er særlig giftig for leveren, men Carolina-parakitterne var de eneste kendte arter, der kunne spise denne plante eller dens frø uden at få nogen skadelige virkninger. Denne kost af kakkelurt gjorde tilsyneladende Carolina-parakiternes kød giftigt, ifølge Audubon.

Overraskende nok diskuterer folk stadig, på trods af den omfattende ødelæggelse af dens levested samt den omfattende slagtning af disse papegøjer, hvad der i sidste ende drev Carolina-parakitterne ud i uddøen. Var det på grund af importerede invasive honningbier, der stjal papegøjernes redehuller? Eller var det måske en mystisk unavngiven fjerkræsygdom, der udryddede dem? Eller måske var det den (beskedne) handel med kæledyr, der var skyld i det? For et par år siden hævdede nogle myndigheder for nylig, at Carolina-parakettens udryddelse skyldtes en kombination af disse og måske flere andre faktorer (ref; læs mere her).

Men en ny DNA-baseret undersøgelse (ref) foretaget af et europæisk forskerhold ser ud til endelig at have afdækket den rygende pistol i Carolina-parakettens tragiske historie. Dette hold har sekventeret Carolina-parakitens genom fra et eksemplar, der oprindeligt blev indsamlet af den catalanske naturforsker Marià Masferrer (1856-1923) og nu opbevares af hans efterkommere i en privat samling i den catalanske kommune Espinelves. Efter at have analyseret denne papegøjes genom konkluderede forskerne, at Carolina-parakitten forsvandt pludseligt og pludseligt – hvilket stemmer overens med rapporter om folk, der gjorde det til deres besættelse at skyde disse farverige fugle ud af livet.

Første sekventering af hele genomer fra den uddøde Carolina-parakit og den truede solparakit

Dette projekt blev sat i gang efter Pere Renom, der var ph.d.-studerende ved Institut for Evolutionsbiologi (IBE), et fælles institut for Pompeu Fabra-universitetet og det spanske nationale forskningsråd, og en videnskabsreporter tilknyttet det populære catalanske videnskabsprogram “Quèquicom”, opdagede, at der findes et eksemplar af den uddøde Carolina-parakit i en privatsamling i Catalonien. Han blev overbevist om, at processen med at genvinde gammelt DNA fra dette eksemplar med det potentielle mål at bruge dette DNA til at “fjerne udryddelsen” ville være en spændende tv-udsendelse for offentligheden. (Hr. Renom havde ret: dette afsnit, “Desextinció: reviure una espcie”, blev for nylig tildelt den spanske Prisma-pris som den bedste video om videnskabelig formidling i 2019. Selv hvis du ikke taler spansk, er den bestemt værd at se.)

“Renom kontaktede mig og spurgte, om jeg ville være interesseret i at forsøge at genfinde DNA fra eksemplaret”, sagde palæogenetiker Carles Lalueza-Fox, der er forsker ved IBE og en autoritet inden for genfinding og analyse af gammelt DNA.

Dette satte gang i et videnskabeligt “the Dream Team” af eksperter i gammelt DNA, der samarbejdede om at studere denne ikoniske papegøje. Professor Lalueza-Fox fik selskab af evolutionsbiologen og palæogenetikeren M. Thomas P. Gilbert, professor ved Københavns Universitets prestigefyldte Center for Geogenetik, som er førende i verden inden for forskning i gammelt DNA. Professor Lalueza-Fox og professor Gilbert samlede et hold af samarbejdspartnere for at hjælpe med at genfinde og rekonstruere det første komplette genom af den uddøde Carolina-parakit, analysere disse data for at undersøge artens evolutionære historie og identificere den potentielle årsag til dens uddøen.

Da mumificeret væv er en dårlig kilde til gammelt DNA, røntgenfotograferede holdet Espinelves-eksemplaret for at se, hvordan det var blevet forberedt, og for at identificere knogler, hvorfra de kunne få en brugbar prøve. Røntgenbillederne afslørede, at eksemplaret havde meget få knogler – men heldigvis havde det stadig sin venstre benknogle (lårbenet). De brugte et lille knoglebor til at udtage en lille prøve af pulveriseret knoglevæv fra lårbenet, og de udtog også en lille vævsprøve fra en tåplade.

På samme tid blev der udtaget genomisk DNA fra en blodprøve fra en hun-solparakit, Aratinga solstitialis, der er opdrættet i fangenskab, og som er en nær genetisk slægtning. Det var tidligere blevet vist, at Carolina- og solparakitter havde en fælles forfader for omkring 3 millioner år siden, og at begge arter har omkring 1.000 gener hver. Solparakettens og Carolina-parakettens genomer er således meget ens, så solparakettens genom tjente som reference til computerkortlægning af de gamle DNA-fragmenter, der blev opnået fra Espinelves Carolina-parakettens eksemplar. I alt blev mere end 1 100 millioner basepar – lidt mere end en gigabyte – genfundet fra Espinelves-eksemplaret og sat sammen igen.

Carolina-parakettens evolution blev påvirket af geografiske begivenheder

Professor Lalueza-Fox, professor Gilbert og deres samarbejdspartnere brugte dele af det reassemblerede Carolina-parakettens kernegenom til at estimere dens evolutionære relationer med 17 uddøde papegøjearter (figur 1). Et genetræ estimeret ud fra komplette mitokondrielle genomdata fra et større antal papegøjearter gav lignende resultater.

Molekylær klokanalyse af nukleare genomiske sekvensdata tyder på, at Aratinga-Conuropsis-splitningen fandt sted for omkring 2,8 millioner år siden (mya), og mtDNA-data anslog denne splitning til at være omkring 3,8 mya. Begge datoer falder nogenlunde sammen med den anslåede endelige lukning af Panama-ishmosen, som er almindeligt accepteret som værende sket 3 mya (ref.). Det forekommer således plausibelt, at spredningen af Carolina-parakettens forfædre til Nordamerika fandt sted, efter at den nord- og sydamerikanske landmasse blev forenet.

DNA-analyse afslører sparsomme tegn på indavl

Genomisk analyse afslørede, at Carolina-parakitten oplevede en stigning i sin populationsstørrelse i løbet af det midterste Pleistocæn, efterfulgt af populationsudsving, der begyndte under den sidste istid (som begyndte for ca. 110.000 år siden og sluttede for ca. 15.000 år siden), og en efterfølgende populationsnedgang, der fortsatte indtil nyere tid. I modsætning hertil viste den truede solparakit en stærkere, kontinuerlig populationsnedgang og en længere periode med lavere effektiv populationsstørrelse end Carolina-parakitten.

Professor Lalueza-Fox, professor Gilbert og deres samarbejdspartnere profilerede derefter den samlede heterozygositet på tværs af genomet og fordelingen af lange løb af homozygositet (RoHs) for både Carolina- og solparakitter. Disse foranstaltninger giver et indblik i karakteren af disse papegøjers demografiske historier. Heterozygositet er et mål for den samlede genetiske diversitet, mens RoH’er opstår, når identiske kromosomfragmenter er nedarvet fra en ny fælles forfader. Betydeligt reduceret heterozygositet er typisk for populationer, der har været små og isolerede i lange perioder, hvorimod forhøjede RoH’er normalt observeres i indavlede populationer (ref.). Der kan således ses reduktioner i begge mål i genomerne hos truede arter.

Professor Lalueza-Fox, professor Gilbert og deres medarbejdere fandt, at den uddøde Carolina-parakit havde lige så meget genetisk diversitet som mange fugle, der lever i dag, og som af IUCN er klassificeret som “mindst betænkelige” (figur 3). Til sammenligning havde den truede solparakit et meget lavere niveau af heterozygotitet – hvilket kan skyldes, at det er en fugl, der er opdrættet i fangenskab. (Solparakitten er blevet opdrættet i fangenskab af spanske aviculturalister i mange år.)

Eksemplaret af Espinelves Carolina-parakit havde 188 RoH’er, hvoraf ni var mere end 1.000.000 basepar (1 Mb) lange – til sammenligning havde den fangenskabsopdrættede solparakit 611 RoH’er, og 85 af disse var længere end 1 Mb. Når det er sagt, var en af Carolina-paraketternes RoH særligt slående, fordi den var længere end 7,15 Mb, hvilket tyder på, at der kan have været nylig indavl hos Espinelves-eksemplarets forfædre (selv om der også er andre grunde til en lang RoH). Af denne grund er det muligt, at Espinelves Carolina-parakit-eksemplaret kan være blevet opdrættet i fangenskab.

Carolina-parakitter var tilpasset til at spise giftige kakerlakker

Jeg ved, at det er dette, I alle har siddet på kanten af jeres sæder og ventet på: svaret på spørgsmålet om, hvordan Carolina-parakitterne kunne spise giftige kakerlakker uden at falde død om.

Og selv om Carolina-parakitterne spiste en række frugter og frø samt nogle blomster og knopper, havde den tilsyneladende en forkærlighed for kakerlakker. For eksempel viste en samling af 99 fodringsobservationer af Carolina-parakitter, at det højeste observerede planteindtag (N = 17) var kokkeskaller (ref).

Klokkebær indeholder et meget giftigt diterpen-glycosid, carboxyatractylosid eller “CAT”, som specifikt hæmmer en af de fire mitokondrielle transportører, ADP/ATP-translocase (ANT1, ANT2, ANT3 og ANT4; kodet af henholdsvis SLC25A4, SLC25A5, SLC25A6 og SLC25A31), som spiller en grundlæggende rolle i den cellulære energiproduktion. For at afgøre, om nogen eller alle de fire mitokondrielle transportører havde molekylære ændringer, der forhindrede CAT i at binde sig og dermed hæmme dem, undersøgte professor Lalueza-Fox, professor Gilbert og deres samarbejdspartnere disse gener yderligere ved at sammenligne deres sekvenser med sekvenserne fra de samme gener i andre arter (ortologer) (figur 4).

Professor Lalueza-Fox, professor Gilbert og deres medarbejdere fandt, at to af de fire mitokondrielle transportergener fra Carolina-parakitteren har to aminosyreændringer i forhold til de samme gener hos solparakitteren. Disse to steder har sandsynligvis indflydelse på de to proteiners funktionalitet. Det ser derfor ud til, at disse mutationer har givet en unik mekanisme til at håndtere den giftige CAT, der er til stede i Carolina-parakettens kost.

Den rygende pistol

To år senere meddelte det gamle DNA-“Dream Team”, at de som følge af sekventering og analyse af hele genomet hos to nært beslægtede neotropiske papegøjer havde afdækket den rygende pistol i tragedien omkring udryddelsen af Carolina-parakitterne.

Først fandt de på baggrund af deres analyse af Carolina-parakettens genom et niveau af genetisk diversitet, der kan sammenlignes med andre eksisterende fuglepopulationer, som ikke er truede. Det tyder på, at disse ikoniske papegøjer oplevede en “pludselig udryddelsesproces, der ikke efterlod nogen spor i parakitens genom.”

“Vi peger ikke på en specifik årsag”, advarede professor Lalueza-Fox i en e-mail, “men på det faktum, at der ikke er tegn på langsigtede demografiske fald i deres genom; mange truede arter oplever befolkningsreduktioner i løbet af tusinder eller endda titusinder af år, og det kan ses på genomisk niveau i deres diversitet.”

“n faktum er, at vi ikke kun har ét genom i vores celler, men to, et fra hver forælder, og de er ikke identiske; jo større populationen er, jo mere sandsynligt er det, at begge kromosomale kopier er forskellige,” uddybede professor Lalueza-Fox i en e-mail.

“Vi kan bruge genomik til at teste dynamikken i andre udryddelsesprocesser og udlede, om de udelukkende er forårsaget af mennesker, fordi langvarige demografiske fald efterlader specifikke signaler i arternes genomer”, forklarede professor Lalueza-Fox i en e-mail. “Manglen på tegn på små populationsstørrelser i en lang periode indikerer, at dens uddøen var en pludselig proces, og det gør det mere sandsynligt, at den var menneskeskabt.”

Andre argumenter for, hvad der kan have forårsaget Carolina-parakitens uddøen, især fjerkræsygdomme, vil kræve en metagenomisk screening af mindst flere yderligere eksemplarer for at besvare dette spørgsmål. Men foreløbige screeninger af Espinelves Carolina-parakets eksemplars genom afslørede ikke en betydelig forekomst af fuglevirus. Så ideen om, at fjerkræsygdomme har udryddet Carolina-paraketten, er blevet skudt ned og alvorligt såret.

Som en ekstra bonus fandt professor Lalueza-Fox, professor Gilbert og deres samarbejdspartnere også molekylære beviser for, hvordan Carolina-paraketten ustraffet kunne æde dødbringende kakerlakker. På nuværende tidspunkt kan det sidste bevis for denne opdagelse leveres ved hjælp af funktionelle tests af de to genetiske varianter, der er påvist i de mitokondrielle SLC25A4- og SLC25A5-gener ved hjælp af fuglecellelinjer. Men disse undersøgelser er endnu ikke planlagt.

“Uddøde arter har stadig mange ting at lære os om deres fascinerende udviklingshistorie og specifikke tilpasninger,” konkluderede professor Lalueza-Fox i en e-mail. “Nu hvor der er ambitiøse projekter rettet mod at sekventere genomerne i den levende verden, mener jeg, at det er en slags moralsk pligt at genoprette disse oplysninger til det nye genetiske livstræ.”

Kilde:

Pere Gelabert, Marcela Sandoval-Velasco, Aitor Serres, Marc de Manuel, Pere Renom, Ashot Margaryan, Josefin Stiller, Toni de-Dios, Qi Fang, Shaohong Feng, Santi Mañosa, George Pacheco, Manuel Ferrando-Bernal, Guolin Shi, Fei Hao, Xianqing Chen, Bent Petersen, Remi-André Olsen, Arcadi Navarro, Yuan Deng, Love Dalén, Tomàs Marquès-Bonet, Guojie Zhang, Agostinho Antunes, M. Thomas P. Gilbert og Carles Lalueza-Fox (2020). Evolutionary History, Genomic Adaptation to Toxic Diet, and Extinction of the Carolina Parakeet, Current Biology, offentliggjort online den 11. december 2019 før trykning | doi:10.1016/j.cub.2019.10.066

Få det bedste fra Forbes i din indbakke med de nyeste indsigter fra eksperter over hele verden.

Følg mig på Twitter eller LinkedIn. Tjek mit websted ud.

Loading …