Leopard DNA-studie i Sydafrika sporer forfædre til istid - og vil guide bevaring

En istid for næsten en million år siden førte til et møde mellem leoparder fra det centrale og sydlige Afrika, der ledte efter græsarealer. Ny forskning i leopardernes genetik - deres mitogenom - har afsløret, at efterkommerne af disse to grupper er de leoparder, der i dag findes i Sydafrikas Mpumalanga-provins. En af forskerne, molekylær økolog Laura Tensen, har studeret sydafrikanske leoparders genetiske struktur i 14 år. Hun forklarer, hvordan den nye forskning kan bruges til at hjælpe med at bevare de truede store katte.

Hvad er et mitogenom?

DNA findes i cellekernen og også i mitokondriegenomet eller mitogenomet. Mitogenomer er DNA-molekyler, der flyder rundt uden for cellekernen. De gemmer deres eget sæt af genetisk information og nedarves moderligt, hvilket betyder, at de kun overføres fra mor til afkom.

Mitogenomer er en "genomisk bifangst", når man sekventerer hele genomet. De er så rigelige i celler, at det er meget nemt at udtrække dem.

At studere mitogenomer er en pålidelig måde at spore en arts herkomst. Dette skyldes, at gener muterer (ændres) med en regelmæssig hastighed over tid. Ændringerne i mitogenomet giver et billede af leopardens udvikling over hundredtusinder af år.

Hvordan tester man en leopards mitogenom?

Vi tog vævsprøver fra ni leoparder i Mpumalanga, Sydafrika, som var blevet væltet af biler og dræbt. Dette sker desværre stadig meget. I ikke-beskyttede områder tegner vejdrab al dødelighed af leoparder ved uheld.

Prøverne blev taget til University of Johannesburg Wildlife Genomics laboratorium og opbevaret ved -20°C før DNA-ekstraktion.

For at hente mitogenomet sekventerede vi hele kernegenomet. Når videnskabsmænd sekventerer et helt kernegenom, giver det dem mulighed for at opdage DNA-sekvensen af ​​hvert gen i en organismes genom på én gang. Dette giver os så mulighed for at finde ud af, hvad disse gener præcist koder for. For eksempel har vi hos røde leoparder fundet det gen og den mutation, der forårsager farven rød. Vi har også været i stand til at afgøre, hvilke nedarvede gener der kan forårsage helbredsfejl hos den røde leopard. Vi kunne bruge den samme teknik til at finde gener, der gør de to klader (grupper af beslægtede leoparder) unikke eller bedre tilpasset lokale miljøer.

Efter at have udtrukket mitogenomerne fra dataene, samlede vi dem og justerede dem til et referencegenom - et, der allerede har de nøjagtige positioner for alle generne. Referencegenomet var et, der tidligere var sekventeret og lagret i en onlinedatabase, Genbank, som er samlingen af ​​alle offentligt tilgængelige DNA-sekvenser.

Vi downloadede derefter masser af andre mitogenomer fra onlinedatabaser, leveret af tidligere undersøgelser, for at sammenligne vores prøver fra Sydafrika med resten af ​​kontinentet.

Ved at gøre dette var vi i stand til at opdage, hvordan mutationer, der opstod over tid, blev sorteret over geografisk rum. Nogle af prøverne var fra naturhistoriske museer, indsamlet for op til 150 år siden. De repræsenterede leopardernes genetiske struktur, før deres levesteder blev brudt op af mennesker.

Hvad fandt du?

Vi fandt ud af, at de sydafrikanske leoparder stammede fra to unikke klader (eller underfamilier), der blev fundet i det sydlige og centrale Afrika for cirka 0,8 millioner år siden. Det er sandsynligt, at disse klader opstod under midt-pleistocæn, en periode mellem 1,6 millioner og 0,52 millioner år siden, hvor verden oplevede et ustabilt klima.

Vi var i stand til at fastslå dette ved at måle den evolutionære tidslinje, det vil sige datoerne for, hvornår leopardarten divergerede mod eksisterende eurasiske leopardgenomer, såvel som løve- og tigergenomer. Tidligere forskning havde allerede vist, hvornår disse dyr afveg fra hinanden.

I Afrika syd for Sahara var Pleistocæn, ofte omtalt som istiden, præget af kølige og tørre cyklusser vekslende med varmt og vådt klima. Dette ændrede drastisk landskabet på tværs af det afrikanske kontinent, hvilket førte til gentagne udvidelser og sammentrækninger af savannegræsarealer.

Som et resultat blev dyr som leoparder tvunget til at bevæge sig rundt og lede efter græsarealer, hvor deres bytte ville blive fundet. I tørre perioder blev dyrepopulationer isoleret fra hinanden, da ørkener overtog græsarealerne og blev en barriere, der holdt leoparder adskilt.

Når leopardpopulationerne blev adskilt, begyndte deres gener at differentiere sig over tid.

Den samme slags leopardbevægelser sker stadig i Sydafrika i dag. Hovedsageligt unge hanner kan gå op til 300 kilometer væk fra deres hjem og lede efter nyt territorium. Når de finder det, blander de sig med leoparder fra andre dele af Afrika. Der skal ikke mange leoparder til for at diversificere generne i en population. Til sidst forbinder befolkningerne sig over tid og rum.

Hvorfor dette betyder noget

Det er første gang, at leopardmitogenomerne fra Sydafrika er blevet sat sammen. Det gjorde det muligt for os at klassificere disse leoparder korrekt for første gang. Dette er nyttigt, fordi det kan hjælpe med yderligere forskning i, hvordan leoparder udviklede sig. At vide, hvordan en moderne leopardbestand er relateret til antikke bestande, og de geografiske veje, de kan have taget for at nå dette punkt, hjælper med bevaringsindsatsen.

I fredning i dag skal leoparder ofte flyttes væk (translokeres) for at undgå konflikt med mennesker i områder, hvor kattene kan komme i kontakt med husdyr og æde dem. Det er vigtigt at vide, hvilke dyr der er genetisk forskellige, så vi kan bevare denne mangfoldighed på tværs af store områder. Når dyr er genetisk forskellige, har de større chance for at overleve sygdomsudbrud.

Et af de vigtigste aspekter af vores undersøgelse var at opdage, at selvom leopardkladerne kan have udviklet sig separat, er de en del af den samme, indbyrdes forbundne metapopulation, der strækker sig over det sydlige Afrika, og kan bevares på samme måde.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.