Генетическое спасение - Genetic rescue

Генетическое спасение рассматривается как стратегия смягчения последствий, разработанная для восстановления генетического разнообразия и снижения рисков исчезновения в небольших, изолированных и часто инбредных популяциях.[1] Это в значительной степени реализуется посредством перемещения, типа демографического спасения и технической миграции, при которой в популяцию добавляются особи для предотвращения ее потенциального исчезновения. Это демографическое спасение может быть похоже на генетическое спасение, поскольку каждое из них увеличивает размер и / или приспособленность популяции. Это совпадение значений побудило некоторых исследователей рассмотреть более подробное определение каждого типа спасения, в котором подробно описывается «оценка и документирование генетической родословной до и после транслокации».[1] Не каждый пример генетического спасения явно успешен, и нынешнее определение генетического спасения не требует, чтобы этот процесс приводил к «успешному» результату. Несмотря на двусмысленное определение, генетическое спасение рассматривается положительно, и многие предполагают успех.[2]

История

Концептуальные основы генетического спасения восходят к работе генетиков. Сьюэлл Райт, которые изучали эффект иммиграции среди популяций, связанных потоком генов.[3] Совсем недавно генетическое спасение было определено в научных обзорах как: «когда приспособленность популяции, выведенная из некоторого демографического показателя жизнеспособности или фенотипического признака, увеличивается больше, чем можно отнести к демографическому вкладу иммигрантов».[4][5] Генетическое смешение, ведущее к восстановлению приспособленности, может быть описано как «генетическое спасение», но увековечивает нечеткие различия между генетическим спасением и загрязнением.

Генетические процессы

Смотрите также: Эволюция

Когда популяция вида становится слишком маленькой, они подвергаются генетическим процессам, таким как инбридинговая депрессия из-за отсутствия потока генов, аллельной фиксации от генетический дрейф, и потеря разнообразия. В сочетании они могут привести к снижению приспособленности популяции и увеличить риск исчезновения.[3] Генетическое спасение - это инструмент сохранения, который пытается устранить эти генетические факторы, перемещая гены из одной популяции в другую, чтобы увеличить общее генетическое разнообразие и минимизировать инбридинг.[6] Этот метод сохранения предназначен для повышения приспособленности небольшой популяции, находящейся под угрозой.[2][3] путем введения полезных аллелей путем миграции.[2] Он часто используется для популяций видов, находящихся под высоким риском исчезновения. Успешное генетическое спасение происходит, когда добавление новых генов эффективно вводит генетическое разнообразие, которое приводит к увеличению размера и скорости роста популяции, а также к большей приспособленности популяции.[2] Неудачное генетическое спасение может произойти, если добавление новых генов вызовет аутбредная депрессия, что снижает приспособленность их популяции.[3] Слишком большой поток генов может привести к генетическому «заболачиванию» из-за обширной гибридизации.[2] Генетическое спасение может происходить несколькими путями, в том числе: гетерозис и адаптивная эволюция.[2] Он тесно связан с концепциями, но существенно отличается от них. генетическое загрязнение, эволюционное спасение, генетическое восстановление, и вспомогательный поток генов.[2]

Генный поток

Смотрите также: Генный поток

Поток генов (миграция) - это введение новых особей (и генов) в целевую популяцию.[7] Прогнозирование воздействия мигранта на популяцию будет зависеть от комбинации сложных генетических и негенетических факторов. Увеличивает ли миграция приспособленность популяции, будет зависеть от того, адаптированы ли внесенные гены к местным условиям и снизят ли они уровни инбридинга в целевой популяции. Интродуцированные особи также могут положительно или отрицательно повлиять на генетическое спасение посредством такого поведения, как выбор партнера, иерархия доминирования и детоубийство.[3]

Генетический дрейф

Смотрите также: Генетический дрейф

Генетический дрейф - это фиксация аллели случайно, что снижает общее разнообразие населения. Генетическое спасение может восстановить разнообразие путем добавления новых генов в популяцию, противодействуя фиксации.[8]

Подбор и местная адаптация

Смотрите также: Естественный отбор и Местная адаптация

Естественный отбор происходит, когда вариации наследственных черт определяют репродуктивный успех особи и, таким образом, определяют сохранение этой черты в этой популяции.[9] Генетическое спасение может привнести признаки, которые являются выгодными для целевой популяции, или снизить частоту неблагоприятных признаков, увеличивая чистую приспособленность популяции для обеспечения дальнейшего выживания как вида.

Полемика

Генетическое спасение может быть спорным инструментом, потому что трудно предсказать, как на популяцию повлияет миграция. У генетического спасения есть возможность фактически снизить приспособленность популяции, затопляя популяцию или увеличивая редкие вредоносные аллели.[10] Этот случай можно просто назвать генетическим загрязнением, вместо того, чтобы относиться к генетическому спасению. Спасение также может быть только краткосрочным решением, как показывает случай с Isle Royale Wolves. В этом случае генетическое спасение волков привело к значительному первоначальному увеличению приспособленности популяции с последующим значительным снижением в последующие годы.[10] Многие защитники природы утверждают, что генетическое спасение может создать непредвиденные проблемы для видов, подверженных риску, и что оно не учитывает основные проблемы, которые ставят так много видов на грань исчезновения, включая потерю среды обитания из-за человеческого развития.[11]

Как и термин «генетическое загрязнение», «генетическое спасение» имеет политический подтекст. Некоторые из наиболее спорных практик, которые можно считать генетическим спасением, включают:

  • Вымирание.[12]
  • Генная инженерия для получения растений, устойчивых к вредителям и болезням.[13][14] Хотя некоторые экологические группы включают использование генной инженерии для сохранения видов при использовании генетическое загрязнение.
  • Гибридизация что увеличивает жизнеспособность находящихся под угрозой исчезновения популяций, страдающих от инбридинга и генетического дрейфа, или сохраняет концовки можно рассматривать как часть генетического спасения.[15]

Примеры

Флоридская пантера

Смотрите также: Флоридская пантера

Случай успешного генетического спасения можно наблюдать в Флоридская пантера Население. Утрата среды обитания и другие антропогенные воздействия привели к появлению небольшой инбредной популяции, что привело к сокращению численности этого подвида (Puma concolor кори), .[16] Инбридинговая депрессия приводили к изогнутым хвостам и кудряшкам, дефектам спермы и сердечным аномалиям.[16] Популяция достигла минимума - примерно 22 пантеры.[3] Опасаясь неминуемого вымирания, восемь пантер из Техаса (Puma concolor stanleyana) были перемещены во Флориду в середине 1990-х годов.[16] Эта попытка была признана успешной после того, как анализ показал, что ежегодный прирост населения после иммиграции составил 4%.[3] Кроме того, исследователи обнаружили, что у полученных гибридных котят в три раза больше шансов дожить до взрослой жизни, чем у чистопородных котят.[16] Примерно за десятилетие популяция пантер во Флориде увеличилась с 25 до более чем 100 особей.[4]

Волки острова Рояль

Случай неудачного генетического спасения можно наблюдать в Остров Рояль популяция волков. В 1997 году на остров прибыл одинокий волк и спарился с популяцией волков, составлявшей около 25 особей.[10] Первоначально добавление его генетической вариации привело к положительному воздействию на популяцию, о чем свидетельствует значительное увеличение приспособленности популяции.[10] Однако добавление генетических вариаций этим иммигрантом принесло пользу только в краткосрочной перспективе. Популяция стремительно сокращалась, и в 2016 году было замечено всего два волка.[10] возможно, что новый иммигрант принес новый вредный аллель, частота которого увеличивалась по мере того, как он скрещивался с исходной популяцией, или что одного человека было недостаточно, чтобы преодолеть негативное влияние генетической нагрузки.[10]

Курица большой прерии

Курица из больших прерий - птица, гнездящаяся на земле, с экологическими и эволюционными препятствиями, которые потребовали генетического спасения, чтобы избежать исчезновения.[1] Он был широко распространен на великих равнинах Северной Америки, но теперь требует управления населением в небольших остатках. В Иллинойсе количество крупных прерийных цыплят сократилось с миллионов особей в середине 19 века до 46 к 1998 году. Это побудило генетические усилия по спасению и перемещение людей из соседних штатов, чтобы увеличить количество прерийных кур в Иллинойсе. Это считается ранним и успешным случаем генетического спасения. Хотя первоначальные действия по генетическому спасению, кажется, привели к повышению приспособленности, среда обитания в прериях сейчас ограничивает восстановление. Исключительно генетические усилия по спасению вида считаются недостаточными, и для сохранения вида может потребоваться больше внимания к защите среды обитания.[1]

использованная литература

  1. ^ а б c d Mussmann, S.M .; Дуглас, М. Р .; Anthonysamy, W. J. B .; Дэвис, М. А .; Simpson, S.A .; Louis, W .; Дуглас, М. Э. (22 февраля 2017 г.). «Генетическое спасение, курица из прерий и проблема сохранения природы в антропоцене». Королевское общество открытой науки. 4 (2): 160736. Дои:10.1098 / rsos.160736. ISSN  2054-5703. ЧВК  5367285. PMID  28386428.
  2. ^ а б c d е ж г Уайтли, Эндрю Р .; Фитцпатрик, Сара В .; Функ, В. Крис; Таллмон, Дэвид А. (01.01.2015). «Генетическое спасение спешит на помощь». Тенденции в экологии и эволюции. 30 (1): 42–49. Дои:10.1016 / j.tree.2014.10.009. ISSN  0169-5347. PMID  25435267.
  3. ^ а б c d е ж г Таллмон, Дэвид А .; Луйкарт, Гордон; Уэплс, Робин С. (сентябрь 2004 г.). «Очаровательная простота и сложная реальность генетического спасения». Тенденции в экологии и эволюции. 19 (9): 489–496. Дои:10.1016 / j.tree.2004.07.003. ISSN  0169-5347. PMID  16701312.
  4. ^ а б Хедрик, Филип В .; Адамс, Дженнифер Р .; Вучетич, Джон А. (2011-11-09). «Переоценка и расширение определения генетического спасения». Биология сохранения. 25 (6): 1069–1070. Дои:10.1111 / j.1523-1739.2011.01751.x. ISSN  0888-8892. PMID  22070251.
  5. ^ ТОЛЛМОН, Д; ЛУИКАРТ, Г; WAPLES, R (2004-09-01). «Очаровательная простота и сложная реальность генетического спасения». Тенденции в экологии и эволюции. 19 (9): 489–496. Дои:10.1016 / j.tree.2004.07.003. ISSN  0169-5347. PMID  16701312.
  6. ^ «Избегание генетического спасения не оправдано генетическими причинами». ConservationBytes.com. 2015-03-11. Получено 2018-05-15.
  7. ^ «Генный поток». evolution.berkeley.edu. Получено 2018-05-15.
  8. ^ "Генетический дрейф". evolution.berkeley.edu. Получено 2018-05-15.
  9. ^ "Естественный отбор". evolution.berkeley.edu. Получено 2018-05-15.
  10. ^ а б c d е ж Хедрик, Филип В .; Гарсия-Дорадо, Аврора (декабрь 2016 г.). «Понимание инбридинговой депрессии, очищения и генетического спасения». Тенденции в экологии и эволюции. 31 (12): 940–952. Дои:10.1016 / j.tree.2016.09.005. ISSN  1872-8383. PMID  27743611.
  11. ^ Поппик, Лора. "Угрожаемые виды? Наука на помощь (генетика)!". Смитсоновский институт. Получено 2018-06-06.
  12. ^ «Что такое генетическое спасение? | Возродить и восстановить». reviverestore.org. 2013-10-08. Получено 2018-06-06.
  13. ^ Адамс, Джонатан М .; Пиовезан, Джанлука; Штраус, Стив; Браун, Сандра (август 2002 г.). «Дело о генной инженерии местных и ландшафтных деревьев против занесенных вредителей и болезней». Биология сохранения. 16 (4): 874–879. Дои:10.1046 / j.1523-1739.2002.00523.x. ISSN  0888-8892.
  14. ^ "Использование генов для спасения животных и растений от исчезновения | Корнельские хроники". news.cornell.edu. Получено 2018-06-06.
  15. ^ Баскетт, Марисса Л .; Гомулкевич, Ричард (22 февраля 2011 г.). «Интрогрессивная гибридизация как механизм спасения видов». Теоретическая экология. 4 (2): 223–239. Дои:10.1007 / s12080-011-0118-0. ISSN  1874-1738.
  16. ^ а б c d Pimm, S.L .; Доллар, л .; Басс, О. Л. (2006-05-01). «Генетическое спасение пантеры Флориды». Сохранение животных. 9 (2): 115–122. Дои:10.1111 / j.1469-1795.2005.00010.x. ISSN  1469-1795.