Самки кашалотов поддерживают невидимый генетический барьер между популяциями

Фото из открытых источников

Несмотря на то, что кашалоты преодолевают огромные расстояния через целые океаны, популяции, обитающие в Мексиканском заливе и западной части Северной Атлантики, генетически отличаются друг от друга. Новое исследование показало, что это происходит из-за их группового поведения, а не из-за каких-либо физических барьеров, разделяющих их. Результаты исследования опубликованы в журнале Heredity.

Самки кашалотов в водах Мексиканского залива и западной части Северной Атлантики сохраняют четко выраженные материнские линии, в то время как самцы поддерживают генетическое смешение в более широкой популяции. Это разделение меняет подход биологов к подсчету «популяционной структуры» кашалотов в водах США и повышает ставки в вопросе защиты этих невероятных млекопитающих.

В ходе исследования 73 кашалотов, отобранных в Мексиканском заливе и западной части Северной Атлантики, генетическое разделение наблюдалось в ДНК, передаваемой от матерей, но не в остальной части генома. Работая с этими животными, Рейд Бреннан из Юго-восточного научно-исследовательского центра рыболовства NOAA задокументировал резкое различие в материнском генетическом фоне, в то время как более широкий генетический сигнал оставался практически неизменным.

Полученные данные показали, что женские семейные линии оставались регионально обособленными, даже несмотря на то, что перемещение мужчин продолжало смешивать гены, пересекая одни и те же воды. Это несоответствие затрудняло обнаружение разделения с первого взгляда и поднимало более глубокий вопрос о том, почему одна линия наследования оставалась разделенной, а другая — нет.

Близкие родственники продолжали появляться рядом друг с другом, и эта закономерность ослабела по мере того, как киты обнаруживались на большем расстоянии друг от друга в океане. В ходе исследования было установлено, что киты, обитающие поблизости, часто являлись родственниками, в то время как киты, обитающие на значительном расстоянии, гораздо реже имели тесные семейные связи.

В том же регионе было обнаружено несколько близких родственников, соответствующих долгосрочным, многолетним социальным группам, известным у кашалотов. Эта закономерность указывает на то, что стабильные семейные ячейки остаются на своих местах, благодаря чему региональное разделение выглядит как закономерное поведение, а не совпадение.

Часть ДНК передается только от матери, и эта линия наследования отслеживает, где остаются женские семейные группы с течением времени. У кашалотов (Physeter macrocephalus) самки, как правило, остаются в одном и том же регионе в течение многих лет; это явление известно как филопатрия, или долгосрочная привязанность к родной местности.

Этот материнский сигнал четко отличал китов Мексиканского залива от китов Атлантического океана, даже когда другие генетические сигналы этого не делали. Это свидетельствует о том, что перемещения женщин между регионами оставались достаточно ограниченными, чтобы сохраниться четко выраженные семейные линии.

Самцы кашалотов выбирают другой путь, покидая свои родные группы и путешествуя по обширным территориям по мере созревания. В результате этого процесса гены распространяются между регионами, смешивая большую часть генома, унаследованного от обоих родителей.

В полученных данных этот более широкий генетический сигнал практически не демонстрировал разделения между регионами, даже там, где материнские линии оставались отчетливыми. Такая модель поведения известна как панмиксия, или широко распространенное генетическое смешение, и она отражает то, как перемещение самцов связывает отдаленные группы.

В целом по всем образцам генетическая изменчивость оставалась низкой, что означает относительно небольшое количество генетических различий между индивидами. Ограниченное разнообразие наблюдалось как в общем геноме, так и в материнской линии, что указывает на популяцию с незначительным генетическим резервом.

Не менее тревожным является тот факт, что эффективная численность популяции, то есть количество животных, фактически передающих гены дальше, составила около 460 особей. Низкое генетическое разнообразие ограничивает генетические возможности китов, когда болезни, изменения в рационе питания, воздействие нефти или шум оказывают на них дополнительное давление. Устойчивость не исчезает в одночасье, но ограниченное разнообразие оставляет менеджерам меньше места для ошибок, чем многие могли бы предположить.

Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) по-прежнему относит кашалотов к видам, находящимся под угрозой исчезновения в Соединенных Штатах, и заявляет, что интенсивный подводный шум может нарушать их питание и передвижение. По оценкам 2022 года, численность китобойного промысла в мире составляла около 844 761 человек, что значительно меньше примерно 1,95 миллиона до начала крупномасштабного китобойного промысла.

Авария на платформе Deepwater Horizons усугубила ситуацию: согласно одному из анализов, в 2010 году около 16,1% кашалотов Мексиканского залива подверглись воздействию нефти. Когда кашалоты кормятся на глубине и сбрасывают отходы ближе к поверхности, они перемещают железо вверх и способствуют экспорту углерода.

Полученные результаты подталкивают руководителей к простому выводу: китов Мексиканского залива и китов западной части Атлантического океана нельзя рассматривать как взаимозаменяемых животных. Защита обоих регионов позволяет сохранить оставшееся генетическое разнообразие, несмотря на то, что самцы по-прежнему передают гены между ними во время спаривания.

Затем, в рамках планирования NOAA по вопросам шума, реагирования на разливы и мониторинга, можно отслеживать животных, фактически использующих каждый регион. Такой подход соответствует самому важному практическому выводу исследования: необходимо сохранять отдельные генеалогические линии сейчас, поскольку их восстановление в будущем может оказаться невозможным.

Большие массивы геномных данных часто выявляют скрытые границы групп, которые не обнаруживаются в более старых генетических тестах, но эти киты опровергли это предположение. В данном случае даже тысячи ДНК-маркеров не смогли устранить материнское разделение, поскольку до появления более совершенных инструментов ответ определялся поведением.

Выбор маркеров по-прежнему имел значение, но главный вывод заключался в биологическом аспекте: перемещения сыновей и преданность дочерей оставляли разные следы. Генетические данные наиболее эффективны, когда ученые рассматривают цифры в контексте социальной жизни, расселения и способов размножения животных.

Киты с островов Драй-Тортугас, расположенных к западу от Ки-Уэста, внешне больше напоминали животных Атлантического океана, но точная граница их ареала до сих пор остается неопределенной. Больше образцов из более широкого региона Персидского залива и Карибского бассейна позволило бы увидеть, где эти семейные линии встречаются, перекрываются или расходятся.

Некоторые близкие родственники могли также принадлежать к одной и той же социальной группе, образцы которой были взяты с разницей в несколько дней, что усложняет выяснение мельчайших деталей. Даже с учетом этих ограничений, основная картина оставалась неизменной: у самок кашалотов сохранялось региональное разделение, которое самцы не смогли стереть.

Океан может казаться совершенно открытым, но при этом сохранять свои первоначальные границы, если социальное поведение заставляет матерей оставаться дома. Для кашалотов это скрытое разделение меняет подход ученых к оценке устойчивости, методы определения численности популяций специалистами по управлению популяциями и определение того, где должна быть обеспечена защита.