Может ли скрещивание защитить вымирающие виды от чрезвычайной климатической ситуации?

Медведи гризли начали скрещиваться с белыми медведями после перемещения на север в более прохладные места обитания. Композиция: The Observer/Майкл Дува/Гетти, Питер Хинч/Гетти

Создание гибридов может сделать животных более устойчивыми к глобальному потеплению, но это может означать полную потерю видов.

Хьюстонский судоходный канал – большая мусорная яма для рыбы. Это один из самых загруженных портов в мире, и весь его трафик сделал воду скользкой от токсичных химикатов.

И все же заливный гольян (лат. Fundulus heteroclitus) нашел способ к выживанию: он развил устойчивость к загрязнению путем скрещивания с другим видом, – фундулюсом (гальяном) обыкновенным или атлантическим (лат. Fundulus heteroclitus), который известен своей толерантностью к высокой солёности воды, значительным флуктуациям температуры и низкому содержанию кислорода, а также устойчивостью к токсикантам.

Скрещивание или гибридизация более распространены в природе, чем мы привыкли думать, и поскольку глобальное потепление заставляет животных перемещаться в районы с более низкими температурами, большее количество видов может слиться “в едином порыве” и произвести потомство. На Аляске и в Канаде люди уже заметили полярных медведей, появившихся в результате проникновения гризли на территорию белых медведей, спасающихся от жары.

Недавно защитники природы предложили скрещивать животных для их же блага. Они считают, что гибридизация, как и новая защита рыб Персидского залива от загрязнения, может дать уязвимым видам эволюционный старт в гонке по генетической адаптации к глобальному потеплению. Их устойчивость к более высоким температурам и кислым океанам может улучшиться.

Их оппоненты опасаются потерять из-за смешения генов виды, сформированные многими тысячелетиями эволюции. тЭти дебаты раскрывают пропасть в сфере охраны видов, вращаясь вокруг вопроса: можем ли мы защитить животных, заставляя их меняться?

“Куча разных видов постоянно скрещивается», – говорит Мишель Марвье, биолог по охране природы из Университета Санта-Клары в Калифорнии. Это происходит у растений, рыб, земноводных и даже у некоторых млекопитающих. На самом деле многие из нас несут следы неандертальцев и денисовцев в своей ДНК, что доказывает, что мы смешались с другими человеческими видами. «Подобное скрещивание может быть чем-то, что ведет к эволюционному тупику, потому что потомство бесплодно, илиь важным шагом на полпути к эволюционной адаптации», — говорит она.

(Невольно хочется спросить….Хорошо или плохо то, что древним грекам с козами и овцами не повезло? М.П.)

Есть второй аспект, вызывающий интерес. Виды, у которых между поколениями большой промежуток времени, имеют меньше возможностей для возникновения потенциально полезных мутаций, поэтому, если окружающая среда быстро меняется, нормальная эволюция, вероятно, будет слишком медленной для этих животных, чтобы позволить им адаптироваться и выжить. Гибридизация может обеспечить более короткий путь, быстро внося гены из-за пределов нормального генофонда. «Когда вы скрещиваете разные виды, мотивация на самом деле заключается в создании новых комбинаций генов и увеличении генетического разнообразия», — говорит Мадлен ван Оппен, экологический генетик из Мельбурнского университета. Это разнообразие увеличивает потенциал для новых адаптаций, которые могли бы спасти виды от вымирания, вызванного глобальным потеплением, точно так же, как гольян з Персидского залива был спасен от загрязнения мутацией атлантического гольяна.

Пантера (ягуар) из Флориды является ключевым примером. В середине 1990-х годов их осталось всего около 25, и ученые думали, что они вымрут в течение двух десятилетий. В качестве последней попытки спасти их защитники природы переселили восемь техасских пантер в их среду обитания, чтобы повысить генетическое разнообразие. «Не обошлось без долгих дебатов и беспокойства по поводу того, к чему это приведет», — говорит Марвье. Тридцать лет спустя во Флориде все еще есть пантеры, но возникает вопрос «это все еще флоридские пантеры и чем они отличаются от пантер, которых привезли из Техаса для скрещивания с ними?»

Беспокойство с принуждением исчезающих видов к гибридизации заключается в том, что вместо того, чтобы спасти их, вы можете сделать обратное: обеспечить их вымирание, как вида. При скрещивании геном аборигенных видов часто больше не сохраняется в своей первоначальной форме. Гены пришельцев в конце концов заглушают гены коренных жителей, не оставляя следов того, что когда-то делало их уникальными.

С подобной ситуацией сталкиваются некоторые дикие кошки Европы. В Шотландии их осталось всего несколько сотен, и отчет Международного союза охраны природы за 2019 год показал, что главная угроза для них — скрещивание с домашними кошками. В отчете говорится, что то, что сейчас бродит по Шотландскому нагорью, представляет собой в первую очередь «гибридный рой» диких кошек с разной степенью гибридизации с домашними котами …(или наоборот М.П.)

Подобная ситуация складывается в швейцарских горах Юра, говорит биолог по охране природы Хуан Монтойя-Бургос из Женевского университета. Дикие кошки, обладающие несколькими домашними генами, «не представляют большой проблемы, если они способны выживать, взаимодействовать и играть свою экологическую роль», — говорит он, но он и его коллега Матиас Куррат продемонстрировали с помощью моделирования, что в нынешнем виде дикие кошки Юра в течении столетия станут генетически неотличимыми от домашних кошек (Очень вероятно, что нечно подобное произойдет с дикими кошками Украинских Карпат и Подолии М.П.).

Как они поведут себя тогда, можно только догадываться, но мы знаем, что экстенсивная гибридизация может привести к потере адаптации к местной среде. В Скалистых горах Северной Америки это, похоже, происходит с форелью-головорезом, животным настолько символичным, что оно является государственной символом семи штатов США.

«Местная форель (лосось) со временем адаптировалась бы к экстремальным изменениям окружающей среды: наводнениям, лесным пожарам, оледенению», — говорит водный эколог Клинт Малфельд из Геологической службы США. Но по мере того, как она скрещивается с инвазивной радужной форелью, выпущенной миллионами для рыболовства в течение 20-го века, набор генов, которые вместе отвечают за эти адаптации, разрушается.

Наряду с плохими новыми комбинациями генов это , потенциально , имеет пагубные последствия для будущих поколений. У гибриды лососи Кларка тем меньше потомства, чем больше у них предков радужной форели. «При 20-процентной гибридизации вы видите как минимум 50-процентное снижение приспособленности, и мы наблюдали эту закономерность в разных популяциях», — говорит Малфельд.

Осторожность в отношении гибридизации, осуществляемой человеком, понятна. Но Марвье утверждает, что ужасные сценарии случаются редко. «Большинство интродуцированных видов совершенно безобидны», — говорит она. В недавнем обзоре она и ее коллеги показали, что, хотя многие исследования подчеркивают гибридизацию с «захватчиками» как угрозу местным видам, лишь немногие из них представили фактические доказательства вредных последствий, таких как плохой рост или снижение плодовитости. В документе утверждается, что если местный вид изменяется, но адаптивным образом, который работает в его экосистеме, это не обязательно следует рассматривать как потерю.

Не все согласны. «В поле меня восхищают своеобразными и и весьма идиосинкразические приспособления, которые [различные виды] развили в процессе эволюции», — говорит эколог Дэниел Симберлофф из Университета Теннесси.

«Меня просто не может радовать то, о чем [Марвье и другие] говорят в качестве замены». Он не один. Последнее, чего мы хотим, — это иметь такой поток генов, чтобы мы потеряли самобытность вида, который пытаемся защитить, — говорит Карин Пфенниг, биолог-эволюционист из Университета Северной Каролины.

С точки зрения Ван Оппена, в идеале мы должны поддерживать все виды такими, какие они есть, но у нас больше нет «такой роскоши, потому что окружающая среда меняется слишком быстро, а утрата биоразнообразия происходит ещё быстрее». Другими словами, если мы не можем спасти те виды, которые у нас есть, возможно, мы можем помочь природе создать новые, которые с большей вероятностью выживут.

Я думаю, что мы дураки, если верим, что можем генетически сконструировать перспективное существо.

Эндрю Уайтхед, Калифорнийский университет, Дэвис

Такие компромиссы действительно происходят в природе. Например, самки равнинной лопатоногой жабы, обитающие в пустыне Нью-Мексико, предпочитают спариваться с мексиканской чесночницей, а не с себе подобными, но только в том случае, если их пруд высыхает. Гибридные головастики развиваются быстрее и имеют больше шансов достичь зрелости до того, как исчезнет вода. Однако это трудный выбор, потому что только дочери-гибриды плодовиты.

Некоторые исследователи, изучающие лопатоногов, подозревают, что гибридизация сыграла большую роль в том, почему равнинные чесночницы (лопатоноги)  переместились со своих исконных пастбищ в пустыню. Она  «может позволить видам переселиться в новые места обитания, в которых они иначе не смогли бы жить». Нет ничего удивительного в том, что гибридизация  может сделать то же самое для видов, оказавшихся в новых или резко изменившихся условиях окружающей среды из-за глобального потепления.

Тем не менее, адаптация геномов с помощью гибридизации «является очень грубым инструментом», говорит Симберлофф. «Это похоже на использование кувалды в хирургии», — говорит он, тогда как генетическое редактирование дало бы нам гораздо более точный контроль. Он выделяет случай с американским каштаном, который был широко распространен до тех пор, пока случайно не завезенный грибок, вызывающий фитофтороз, не заразил его.

Некоторое время люди пытались скрестить американский каштан с устойчивым китайским каштаном. «Они вырастают примерно вот такого роста, — говорит он, прижав руку к груди, — а потом их поражает болезнь». Но теперь ученым удалось передать  американскому  каштану  геном пшеницы, который придает им устойчивость. По аналогии Симберлофа с хирургией, это скальпель.

Однако биолог-эволюционист Эндрю Уайтхед из Калифорнийского университета в Дэвисе, изучающий гальянов ( фундулюсов) Персидского залива, не считает это подходящим вариантом для большинства видов. Он говорит, что мы слишком мало знаем о том, как изменение или вставка генов повлияет на животных, когда они окажутся в природе. «Я думаю, что мы дураки, если думаем, что можем генетически сконструировать перспективное существо».

Тем не менее, эволюция также не сделает эту работу за нас без посторонней помощи, говорит он. Люди считают, что история о гальянах Персидского залива означает, что эволюция найдет решение проблемы загрязнения и глобального потепления, «но это абсолютно неправильное мнение, потому что ситуация в заливе это исключение». Его собственное решение и проще, и, как показывают конференции ООН по изменению климата, сложнее. «Как насчет того, чтобы сжигать меньше ископаемого топлива? Мы знаем, что это сработает».

Трудно не согласиться. По словам Монтойя-Бургос, защитить все виды, кроме самых харизматичных и важных, невозможно, независимо от того, какие инструменты мы используем. «Нам нужно искать решене у источника проблемы, которым является изменение климата».

Хотя это, несомненно, верно, некоторый ущерб уже нанесен, и его будет трудно исправить. Просто возьмите Флориду. Её популяция ягуаров изначально резко сократилась из-за дорожно-транспортных происшествий и исчезновения добычи, но исправление этого может не иметь значения в долгосрочной перспективе. «Вероятно, они все равно не выживут, — говорит Симберлофф, — потому что Флорида тонет». Это возвращает нас к сложному вопросу: если мы не можем сохранить их такими, какие они есть, должны ли мы попытаться сохранить их как нечто другое?