Studie DNA ukazuje na člověka jako příčinu vyhynutí papoušků karolínských

Genomická analýza odhalila, že papoušci karolínští vymizeli náhle a prudce, bez jakýchkoli genetických znaků spojených s ubývající populací, a za vyhynutí tohoto druhu tak mohou výhradně lidé

Ještě před 100 lety, kdy poslední jedinec tohoto druhu uhynul v zajetí v zoo v Cincinnati, žil v Severní Americe vlastní endemický druh papouška: kvintesence papouška karolínského (Conuropsis carolinensis). Papoušek karolínský měl nejsevernější rozšíření ze všech moderních druhů papoušků: jeho areál se odhadoval od východního Colorada po Atlantský oceán a od jižní poloviny státu New York až po Mexický záliv (ref; mapa).

Tento malý neotropický papoušek se štíhlým tělem byl smaragdově zelený s jasně žlutou hlavou a krkem, červenooranžovým obličejem a světlým zobákem v barvě rohoviny a měl dlouhý špičatý ocas. Poddruh, který žil ve vnitrozemí v centrální části Spojených států, bylo možné vizuálně odlišit od jeho pobřežnějšího bratrance podle modrého nádechu, kterým bylo zbarveno jeho zelené opeření.

Papoušek karolínský byl odvážný a společenský a často byl spatřen, jak poletuje v bujných hejnech čítajících stovky jedinců v nížinných starých lesích, na okrajích lesů a v rákosinách, které vznikaly kolem řek. Bohužel se tito hluční papoušci stali středem ničivých tendencí nedávno příchozích evropských osadníků, kteří srovnali se zemí jejich životní prostředí, aby mohli stavět města a farmy, a nemilosrdně je pronásledovali jako odplatu za to, že si pochutnávali na úrodě ovoce a obilí, a také proto, aby sbírali jejich peří na ozdobu módních dámských klobouků, a kteří je dokonce stříleli z oblohy jen pro zvrácené potěšení ze zabití něčeho divokého, živého a krásného.

Tragické je, že jen velmi málo zemědělců a přírodovědců věnovalo zvykům těchto papoušků dostatečnou pozornost, aby věděli, že tito ptáci jsou výjimečně prospěšní díky své zálibě v kokrheli, Xanthium strumarium. Kohoutek je široce rozšířená rostlina, která produkuje jed, jenž je toxický zejména pro játra, ale papoušci karolínští byli jediným známým druhem, který tuto rostlinu nebo její semena konzumoval, aniž by trpěl jakýmikoli škodlivými účinky. Tato strava z kokrhele zřejmě způsobila, že maso papoušků karolínských bylo podle Audubona jedovaté.

Překvapivě, navzdory rozsáhlému ničení jejich životního prostředí i rozsáhlému vybíjení těchto papoušků se lidé stále přou o to, co nakonec papoušky karolínské přivedlo k vyhynutí. Bylo to kvůli zavlečeným invazním včelám medonosným, které papouškům kradly hnízdní dutiny? Nebo je snad vyhubila nějaká záhadná nejmenovaná choroba drůbeže? Nebo snad byl na vině (skromný) obchod s domácími mazlíčky? Před několika lety některé autority nedávno tvrdily, že vyhynutí papoušků karolínských bylo způsobeno kombinací těchto a možná i několika dalších faktorů (ref; více zde).

Nová studie evropského týmu vědců založená na DNA (ref) však zřejmě konečně odhalila kouřící zbraň v tragickém příběhu papoušků karolínských. Tento tým sekvenoval genom papouška karolínského získaný z exempláře, který původně nasbíral katalánský přírodovědec Marià Masferrer (1856-1923) a který je nyní v držení jeho potomků v soukromé sbírce v katalánské obci Espinelves. Po analýze genomu tohoto papouška došli vědci k závěru, že papoušek karolínský zmizel náhle a prudce – což odpovídá zprávám o lidech, kteří se stali posedlí střílením těchto barevných ptáků.

Poprvé byly sekvenovány celé genomy vyhynulého papouška karolínského a ohroženého papouška slunečního

Tento projekt se rozběhl poté, co Pere Renom, který byl doktorandem na Ústavu evoluční biologie (IBE), společném ústavu Univerzity Pompeu Fabra a Španělské národní rady pro výzkum, a vědecký reportér spojený s populárním katalánským vědeckým pořadem „Quèquicom“, zjistil, že v soukromé sbírce v Katalánsku se nachází jeden exemplář vyhynulého papouška karolínského. Byl přesvědčen, že proces získávání starobylé DNA z tohoto exempláře s potenciálním cílem využít tuto DNA k „vymírání“ by byl pro veřejnoprávní televizi poutavý. (Pan Renom měl pravdu: tento díl s názvem „Desextinció: reviure una espècie“ byl nedávno oceněn španělskou cenou Prisma jako nejlepší video s vědeckou popularizací roku 2019. I když neumíte španělsky, rozhodně stojí za zhlédnutí.“

„Renom mě kontaktoval s dotazem, zda bych měl zájem pokusit se získat DNA z tohoto exempláře,“ řekl paleogenetik Carles Lalueza-Fox, vědecký pracovník IBE a autorita v oblasti získávání a analýzy starověké DNA.

Tím odstartoval vědecký „tým snů“ odborníků na starověkou DNA, kteří spolupracovali na studiu tohoto ikonického papouška. K profesoru Lalueza-Foxovi se připojil evoluční biolog a paleogenetik M. Thomas P. Gilbert, profesor prestižního Centra geogenetiky Kodaňské univerzity, které je světovou špičkou ve výzkumu starověké DNA. Profesor Lalueza-Fox a profesor Gilbert sestavili tým spolupracovníků, kteří jim pomohli získat a rekonstruovat první kompletní genom vyhynulého papouška karolínského, analyzovat tato data za účelem zkoumání evoluční historie druhu a určení možné příčiny jeho vyhynutí.

Protože mumifikovaná tkáň je špatným zdrojem starobylé DNA, tým zrentgenoval vzorek Espinelves, aby zjistil, jak byl připraven, a identifikoval kosti, z nichž by mohl získat použitelný vzorek. Rentgenové snímky odhalily, že exemplář má jen velmi málo kostí – naštěstí se však zachovala kost levé nohy (stehenní kost). Pomocí malého kostního vrtáku odebrali malý vzorek práškové kostní tkáně ze stehenní kosti a odebrali také malý vzorek tkáně z polštářku prstu na noze.

Současně byla získána genomová DNA ze vzorku krve samice papouška slunéčka Aratinga solstitialis chované v zajetí, která je jeho blízkou genetickou příbuznou. Již dříve bylo prokázáno, že papoušci karolínští a papoušci sluneční měli společného předka asi před 3 miliony let a oba druhy mají každý asi 1000 genů. Genomy papouška slunéčka a papouška karolínského jsou si tedy velmi podobné, takže genom papouška slunéčka posloužil jako referenční pro počítačové mapování starobylých fragmentů DNA získaných z exempláře papouška karolínského Espinelves. Celkem bylo z exempláře Espinelves získáno a znovu sestaveno více než 1100 milionů párů bází, tedy o něco více než jeden gigabajt.

Evoluce papouška karolínského byla ovlivněna geografickými událostmi

Profesor Lalueza-Fox, profesor Gilbert a jejich spolupracovníci použili části znovu sestaveného jaderného genomu papouška karolínského k odhadu jeho evolučních vztahů se 17 existujícími druhy papoušků (obrázek 1). Podobné výsledky poskytl i genový strom odhadnutý z kompletních dat mitochondriálního genomu většího počtu druhů papoušků.

Molekulární hodinová analýza dat jaderné genomové sekvence naznačuje, že k rozdělení Aratinga-Conuropsis došlo přibližně před 2,8 miliony let (mya) a data mtDNA odhadují toto rozdělení na přibližně 3,8 mya. Obě data se zhruba shodují s odhadovaným konečným uzavřením Panamského průlivu, které je všeobecně přijímáno jako období 3 mya (ref). Zdá se tedy pravděpodobné, že k rozptýlení předků papouška karolinského do Severní Ameriky došlo až po spojení severoamerické a jihoamerické pevniny.

Analýza DNA odhalila skrovné důkazy o příbuzenském křížení

Genomická analýza ukázala, že papoušek karolínský zažil nárůst velikosti své populace během středního pleistocénu, po němž následovaly populační výkyvy, které začaly během poslední doby ledové (která začala asi před 110 000 lety a skončila asi před 15 000 lety), a následný populační pokles, který trval až do nedávné doby. Naproti tomu u ohroženého papouška slunéčka došlo k silnějšímu, nepřetržitému populačnímu poklesu a delšímu období nižší efektivní velikosti populace než u papouška karolínského.

Profesor Lalueza-Fox, profesor Gilbert a jejich spolupracovníci pak profilovali celkovou heterozygotnost napříč genomem a rozložení dlouhých běhů homozygotnosti (RoH) jak u papouška karolínského, tak u papouška slunéčka. Tato měření umožňují nahlédnout do povahy demografické historie těchto papoušků. Heterozygotnost je měřítkem celkové genetické rozmanitosti, zatímco RoH vznikají, když jsou identické chromozomální fragmenty zděděny od nedávného společného předka. Výrazně snížená heterozygotnost je typická pro populace, které byly po dlouhou dobu malé a izolované, zatímco zvýšená RoH je obvykle pozorována u inbredních populací (ref). Snížení obou měr lze tedy pozorovat v genomech ohrožených druhů.

Profesor Lalueza-Fox, profesor Gilbert a jejich spolupracovníci zjistili, že vyhynulý papoušek karolínský měl stejnou genetickou rozmanitost jako mnoho dnes žijících ptáků, které IUCN klasifikuje jako „nejméně dotčené“ (obrázek 3). Pro srovnání, ohrožený papoušek sluneční měl mnohem nižší úroveň heterozygotnosti – což mohlo být důsledkem toho, že se jednalo o ptáka chovaného v zajetí. (Papoušek sluneční je již mnoho let chován španělskými avikulturisty v zajetí.)

Vzorek papouška karolínského Espinelves měl 188 RoH, z nichž devět bylo delších než 1 000 000 základních párů (1Mb) – i když pro srovnání, papoušek sluneční chovaný v zajetí měl 611 RoH a 85 z nich bylo delších než 1Mb. Přitom jedna RoH papouška karolínského byla obzvláště nápadná, protože byla delší než 7,15 Mb, což naznačuje, že u předků exempláře Espinelves mohlo v nedávné době dojít k příbuzenské plemenitbě (i když pro dlouhou RoH existují i jiné důvody). Z tohoto důvodu je možné, že exemplář papouška Espinelves Carolina mohl být vyšlechtěn v zajetí.

Papoušci Carolina byli přizpůsobeni k pojídání jedovatých kokrhele

Vím, že na tohle jste všichni seděli na krajíčku a čekali: na odpověď na otázku, jak mohl papoušek Carolina jíst jedovaté kokrhele, aniž by padl mrtvý.

Ačkoli papoušek karolínský konzumoval různé plody a semena i některé květy a pupeny, měl zřejmě zálibu v kohoutech. Například soubor 99 pozorování krmení papoušků karolínských ukázal, že nejvyšší pozorovaný příjem rostlin (N = 17) byly kokrhele (pozn. překl.).

Chřestovce obsahují vysoce toxický diterpenický glykosid, karboxyatraktylosid neboli „CAT“, který specificky inhibuje některý ze čtyř mitochondriálních transportérů, ADP/ATP translokáz (ANT1, ANT2, ANT3 a ANT4; kódované SLC25A4, SLC25A5, SLC25A6 a SLC25A31), které hrají zásadní roli v produkci buněčné energie. Aby profesor Lalueza-Fox, profesor Gilbert a jejich spolupracovníci zjistili, zda u některého nebo u všech čtyř mitochondriálních transportérů došlo k molekulárním změnám, které brání vazbě CAT a tím jejich inhibici, zkoumali tyto geny dále tím, že porovnávali jejich sekvence se sekvencemi stejných genů u jiných druhů (ortologů) (obrázek 4).

Profesor Lalueza-Fox, profesor Gilbert a jejich spolupracovníci zjistili, že dva ze čtyř genů mitochondriálního transportéru z papouška karolínského mají dvě aminokyselinové změny vzhledem ke stejným genům u papouška slunéčka. Tato dvě místa pravděpodobně ovlivňují funkčnost obou proteinů. Zdá se tedy, že tyto mutace poskytly jedinečný mechanismus, jak se vypořádat s toxickým CAT obsaženým v potravě papoušků karolínských.

Kouřící zbraň

O dva roky později oznámil starobylý DNA „Dream Team“, že v důsledku sekvenování a analýzy celého genomu dvou blízce příbuzných neotropických papoušků odhalil kouřící zbraň v tragédii vyhynutí papoušků karolínských.

Především na základě analýzy genomu papouška karolínského zjistili úroveň genetické diverzity, která je srovnatelná s jinými existujícími populacemi ptáků, které nejsou ohroženy. To naznačuje, že tito ikoničtí papoušci zažili „náhlý proces vymírání, který v genomu papoušků nezanechal žádné stopy“.

„Neukazujeme na konkrétní příčinu,“ upozornil profesor Lalueza-Fox v e-mailu, „ale na to, že v jejich genomu nejsou žádné známky dlouhodobého demografického poklesu; mnoho ohrožených druhů zažívá redukci populace v průběhu tisíců nebo dokonce desetitisíců let a na genomické úrovni je to vidět na její rozmanitosti.“

„n Ve skutečnosti nemáme v buňkách jen jeden genom, ale dva, od každého rodiče jeden, a ty nejsou identické; čím větší je populace, tím je pravděpodobnější, že se obě chromozomální kopie liší,“ upřesnila profesorka Lalueza-Foxová v e-mailu.

„Pomocí genomiky můžeme testovat dynamiku dalších procesů vymírání a usuzovat, zda jsou zcela způsobeny člověkem, protože dlouhodobé demografické poklesy zanechávají v genomech druhů specifické signály,“ vysvětlil profesor Lalueza-Fox v e-mailu. „Absence známek malé velikosti populace po dlouhou dobu naznačuje, že její vyhynutí bylo náhlým procesem, a to zvyšuje pravděpodobnost, že bylo způsobeno člověkem.“

Další argumenty, co mohlo způsobit vyhynutí papouška karolínského, zejména nemoci drůbeže, budou vyžadovat metagenomický screening alespoň několika dalších vzorků, aby bylo možné tuto otázku zodpovědět. Předběžné screeny genomu exempláře papouška karolínského Espinelves však neodhalily významnou přítomnost ptačích virů. Takže myšlenka, že choroby drůbeže vyhubily papouška karolínského, byla sestřelena a vážně zraněna.

Jako bonus navíc profesor Lalueza-Fox, profesor Gilbert a jejich spolupracovníci našli také molekulární důkazy, které naznačují, jak mohl papoušek karolínský beztrestně požírat smrtící kokrhele. V tuto chvíli mohou poslední důkaz tohoto objevu poskytnout funkční testy dvou genetických variant zjištěných v mitochondriálních genech SLC25A4 a SLC25A5 pomocí ptačích buněčných linií. Tyto studie se však zatím neplánují.

„Vyhynulé druhy nám stále mohou poskytnout mnoho poučení o své fascinující evoluční historii a specifických adaptacích,“ uzavírá profesor Lalueza-Fox v e-mailu. „Nyní, když existují ambiciózní projekty zaměřené na sekvenování genomů živého světa, považuji za jakousi morální povinnost obnovit tyto informace do vznikajícího genetického stromu života.“

Zdroj:

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 a Carles Lalueza-Fox (2020). Evolutionary History, Genomic Adaptation to Toxic Diet, and Extinction of the Carolina Parakeet, Current Biology, publikováno online 11. prosince 2019 před tiskem | doi:10.1016/j.cub.2019.10.066

Získejte to nejlepší z časopisu Forbes do své e-mailové schránky s nejnovějšími poznatky od odborníků z celého světa.

Sledujte mě na Twitteru nebo LinkedIn. Podívejte se na mé webové stránky.

Loading …