Код выживания: как воробьи учат ученых спасать виды

В условиях стремительно меняющейся среды одни дикие виды процветают, в то время как другие оказываются на грани исчезновения. Ученые пытаются понять, что именно определяет эту разницу в жизнеспособности, и ответ, возможно, кроется в генах обыкновенного домового воробья.

Исследователь Кеннет Осе из Норвежского университета науки и технологий (NTNU) использует новый математический подход, чтобы раскрыть тайны адаптации и приблизиться к пониманию причин утраты биологического разнообразия. В рамках проекта GPWILD, финансируемого Европейским исследовательским советом, ученые объединяют биологию и математику. Их цель – оценить эволюционный потенциал видов, опираясь на генетические и физические данные десятков тысяч домовых воробьев, обитающих на островах Хельгеланна на севере Норвегии.

Домовые воробьи оказались идеальным объектом для такого исследования. По словам Осе, их островные популяции невелики и изолированы, что позволяет биологам отслеживать почти каждую особь от рождения до смерти. Исследователи из NTNU изучают этих птиц уже более 30 лет, собрав уникальную и бесценную базу данных. Эта информация помогает понять последствия изменений окружающей среды, а также генетическое и экологическое развитие на протяжении многих поколений. Важно, что полученные знания можно применить и ко многим другим видам.

В центре работы Осе находится метод, известный как геномное прогнозирование (GP). Это статистический инструмент, позволяющий определить, как гены влияют на определенные признаки организма – будь то рост, вес или предрасположенность к болезням. Метод широко используется в селекции растений и животных, но до сих пор редко применялся для изучения диких популяций. Геномное прогнозирование может, например, показать, обеспечат ли гены конкретного воробья ему больший или меньший вес, что напрямую влияет на его шансы на выживание.

Используя генетические маркеры так называемой «обучающей группы» особей, исследователи могут предсказывать характеристики других птиц, даже если их физические параметры не измерялись. Точность прогноза зависит от размера обучающей группы и наследуемости признака. Однако эксперимент показал, что модель работает менее эффективно, если обучающая группа состоит из воробьев одной популяции, а прогноз делается для особей из другой, пусть и соседней. Это первое подобное наблюдение для диких популяций, которое открывает новые пути для совершенствования метода.

Работа с дикими животными сопряжена с трудностями. В отличие от домашних, где ученые имеют полный доступ ко всей генетической информации, полевые данные часто бывают неполными. Именно поэтому почти идеальная 30-летняя база данных о воробьях с островов Хельгеланна представляет такую огромную ценность. Она позволяет проводить сложные анализы, для которых Осе использует даже суперкомпьютер NTNU под названием IDUN.

Знания о генетической устойчивости видов крайне важны в эпоху, которую называют «шестым массовым вымиранием». Изменение климата и потеря среды обитания оказывают огромное давление на дикую природу. Понимание генетических и экологических последствий этих процессов необходимо специалистам по охране природы для принятия верных решений – например, какие популяции нуждаются в защите в первую очередь и как им помочь. Геномное прогнозирование может стать инструментом, который подскажет, насколько жизнеспособны особи в тех или иных условиях, и поможет в проектах по реинтродукции или усилению вымирающих популяций.

Исследования домовых воробьев на норвежском побережье в конечном счете помогают сохранить другие виды, находящиеся под угрозой исчезновения из-за деятельности человека. В рамках проекта GPWILD ученые планируют применить полученный опыт для изучения шпицбергенских северных оленей, шотландских оленей, песцов и других видов птиц. Это фундаментальное знание о том, как эволюция работает в реальном мире, становится ключевым инструментом в борьбе за сохранение биоразнообразия планеты.