Смитсоновский национальный зоопарк штата Вирджиния внес свой вклад в генетическое разнообразие гепардов

Мало кто знает, но гепарды уже который год вымирают как вид. К сожалению, это происходит не из-за внешних причин, вроде изменения климата или уничтожения их мест обитания. А лишь потому, что у них на уровне генетики очень маленькое разнообразие. И происходит так, что они вынуждены спариваться со своими близкими по крови родственниками. Что приводит к не самым хорошим последствиям. Но на их счастье, в мире созданы различные центры для решения этой проблемы. Одно из этих мест — Смитсоновский национальный зоопарк, который смог провести настоящую (пусть и небольшую) революцию этом в деле.

А теперь представьте такую картину: природный уголок с зеленой лужайкой и разнообразными естественными декорациями по типу камней или пеньков. Вокруг них бегают и резвятся пять детенышей пятнистого гепарда. Их мать, названная как Эхо, загорает на противоположной стороне вольера и приглядывает за своими детенышами. Хоть в их возрасте это уже особо не требуется.

Данный кусочек из жизни этих животных, хоть пока и в неволе, стал возможным только благодаря местному национальному зоопарку. Хоть они и не единственные, кто борется за сохранение популяции пятнистых гепардов, но их случай можно считать весьма любопытным. И что самое главное — очень важным. Поскольку в зачатии этих пяти «кошечек», помимо самой матери, принимали участие два отца. И это дало большее генетическое разнообразие, при тех же затраченных усилиях.

Селекционные программы и генетика

Генетическое разнообразие играет важную роль в общем здоровье вида. Сохранение разнообразного генофонда позволяет виду адаптироваться к будущим изменениям окружающей среды, избегая проблем со здоровьем, связанных с инбридингом (размножение с родственными особями). В пример, хоть и связанный с людьми, можно привести членов королевской семьи из династии Габсбургов. Их нежелание сближаться с кем-то, помимо их же кровных родственников, привело к череде физических и психических отклонений. Длилось это на протяжении нескольких поколений.

Сегодняшняя популяция гепардов очень сильно подвержена данной проблеме. Исследования показывают, что недостаток генетических вариаций связан с «узким местом» в популяции, которое чуть не стерло этот вид с лица планеты около 12 000 лет назад. В результате этого почти полного исчезновения и последовавшего за ним скрещивания поколений современные гепарды не могут так легко размножаться, сильно подвержены болезням и менее способны приспосабливаться к постоянно меняющейся среде обитания.

Выведение гепардов, по больше части, регулируется такими структурами в Северной Америке, как «Species Survival Plan» (SSP) / «План по Выживанию Видов» (ПВВ) и «Association of Zoos and Aquariums» (AZA) / «Ассоциация зоопарков и аквариумов» (АЗА). Они используют данные популяционного моделирования для принятия решений о передаче и разведении с целью создания самоподдерживающейся и биологически здоровой популяции. На практике это означает, что пары гепардов подбираются только в том случае, если оба партнера совместимы по поведению и находятся достаточно далеко друг от друга на семейном древе.

Просто на генетическом уровне не так много разнообразия. Поэтому те немногие отличия, которые у нас всё же есть, мы стараемся использовать по максимуму.

Адриенн Крозье, биолог Смитсоновского института плотоядных

Выборка самцов для Эхо

Когда Эхо вступила в период, готовый для спаривания, Крозье решил, что необходимо убедиться в том, что у нее есть все возможности для размножения. Эхо на тот момент уже вырастила свой первый помет в 2020 году, а как известно, матери гепардов с успешным опытом воспитания потомства крайне полезны и для будущих детенышей. А также это большое подспорье для программ по сохранению популяции.

Согласно рекомендациям АЗА, девятилетний Асанте был очевидным выбором для спаривания с Эхо. Однако был и другой самец, семилетний Флэш, что был привезен из Торонто для участия в программе по разведению от Смитсоновского национального зоопарка. Флэш обладал ценными генами, но к своим годам не обзавелся потомством. Сотрудники отдела по уходу за животными решили, что если попытка Асанте по размножению не удастся, то тогда Флэш получит шанс укрепить разнообразие своего вида.

Эхо находилась в очень сильном эструсе (течке) и была восприимчива к каждому самцу в разные дни. Это был лучший момент для спаривания, чтобы Эхо попыталась произвести на свет детенышей и от Асанте, и от Флэша.

Адриенн Крозье, биолог Смитсоновского института плотоядных

В обоих случаях (что и стало открытием) природа взяла свое. Сотрудники подтвердили беременность Эхо 28 июля.

Спустя три месяца Эхо родила пятерых здоровых детенышей, четверо из которых временно названы по их меховым меткам, которые сотрудники зоопарка используют для их различия. И только пятый детеныш, самка, получила постоянное имя — Полосатик. Она была так названа за естественную и характерную полоску черного меха, проходящую по ее спине.

В октябре 2023 года специалисты по уходу за животными взяли образцы крови у каждого детеныша во время ветеринарного осмотра, а ДНК передали в генетическую лабораторию для тестирования.

Наука, лежащая в основе теста ДНК

Чтобы продолжить объяснение этого локального открытия, Крозье предлагает окунуться в небольшой экскурс по геномике.

Если человеку нужно провести генетический анализ, чтобы определить свое родительское происхождение, то ему, скорее всего, проведут анализ, направленный на поиск микросателлитных маркеров в его геноме. Микросателлиты — это короткие сегменты ДНК, которые многократно повторяются в определенных местах генома человека. Эти микросателлитные области можно найти в тысячах различных участков человеческого генома. Количество повторяющихся сегментов в микросателлитах часто варьируется у разных людей и бывает разных форм, или аллелей.

Аллели — это последовательности ДНК, унаследованные от родителей. Если в ДНК присутствует аллель, но он не достался человеку от матери, то почти наверняка он достался ему от отца. Идентификация различных аллелей, которыми обладает человек, важна, поскольку они служат маркерами, к которым можно обратиться при сравнении его собственной ДНК с чужой. Если сравнить достаточное количество микросателлитных маркеров, то можно постепенно избавиться от потенциальных родителей, у которых нет нужных аллелей, пока в итоге не останется один родитель, у которого ДНК совпадает.

Процесс проверки отцовства по сути одинаков у всех видов млекопитающих, будь это человек, обезьяна или гепард. Но поскольку гепарды так похожи между собой на генетическом уровне, то поиск мест, где ДНК гепардов различается между особями, сродни поиску иголки в стоге генетического сена. Точная оценка отцовства гепарда может быть возможна только в том случае, если исследователи будут точно знать, где искать аллели в геноме животного.

К счастью, основа для такого теста уже была заложена. Группа ученых из лаборатории геномики недавно разработала собственные маркеры — 10 штук — в рамках отдельного исследовательского проекта по изучению генетики гепардов в североамериканских зоопарках. Эти маркеры, разработанные учеными Клаусом-Петером Кёпфли и Морганом Мали, в конечном итоге и позволили команде геномиков разгадать загадку и определить родословную детенышей Эхо. Их ответ: это помет со смешанным происхождением.

Известно, что в дикой природе и в условиях содержания самки гепарда спариваются с несколькими партнерами, пока они фертильны (плодовиты), и могут родить один помет детенышей от нескольких самцов. Сотрудники подозревали, что отцом этого помета могли быть оба самца, и результаты исследования подтвердили их догадки.

Когда мы рассмотрели каждый маркер, то увидели, что все детеныши имеют аллели от Эхо, но некоторые из них имеют аллели от Флэша, а некоторые — от Асанте.

Нэнси Ротцель Макинерни, заведующая лабораторией

Из пяти детенышей, двое были получены от Асанте, а трое, включая Полосатика — от Флэша.

Благодаря тому, что мы ранее разработали эти высокоинформативные маркеры для гепардов, мы смогли быстро и точно определить родство детенышей.

Иисус Мальдонадо, генетик-исследователь Смитсоновского института

Будущее для гепардов

Биологи, занимающиеся изучением дикой природы считают, что генетически здоровая популяция, выращенная в специализированных зоопарках, может оказаться ценным ресурсом для защиты 7000 диких гепардов. Ведь там, на воле, их вид медленно сокращается, что также пагубно сказывается на генетическом разнообразии.

Что касается детенышей Эхо, то пройдет еще несколько лет, прежде чем они станут достаточно взрослыми, чтобы внести свой вклад в долгосрочное выживание их вида. Тем не менее, наличие нескольких вариантов родословной в одном помете может только укрепить будущие усилия по сохранению гепардов.

То, что в помете Эхо были представлены оба самца, очень здорово. Особенно Флэш, потому что у него никогда не было детенышей, а теперь он представлен в популяции… С точки зрения генетики это очень важно

Адриенн Крозье, биолог Смитсоновского института плотоядных

Источник: Smithsonian's national zoo & conservation biology institute