Особи с черным мехом устойчивее к этой болезни
Зоологи выяснили, что вспышки чумки среди североамериканских волков увеличивают долю особей с черным мехом. Дело в том, что генетический вариант, отвечающий за такую расцветку, также делает носителей устойчивее к инфекционным заболеваниям. Там, где эпизоотии происходят регулярно, например, в Йеллоустонском национальном парке, волкам выгодно спариваться с сородичами с противоположным цветом меха. Так они повышают шанс на рождение гетерозиготных особей, которые смогут пережить заражение чумкой. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Science.
В североамериканских популяциях волков (Canis lupus) нередко встречаются особи с черным мехом. Их необычная окраска объясняется мутацией в локусе K гена CBD103. У большинства волков этот локус представлен вариантом k, который обеспечивает нормальное взаимодействие генов Agouti и Mc1r и, как следствие, типичный для вида серый цвет шерсти. Однако их черные сородичи являются носителями аллели K, в которой не хватает трех нуклеотидов. Она мешает работе гена Agouti, из-за чего волчий мех приобретает черный цвет.
Предполагается, что североамериканские волки получили аллель K от домашних собак коренных американцев 1598-7248 лет назад. После единственного скрещивания данный вариант быстро распространился в волчьих популяциях по всему континенту. Это свидетельствует, что аллель K дает носителям некие преимущества. Например, можно предположить, что волки с черным мехом эффективнее охотятся или привлекают партнеров.
Впрочем, исследования показывают, что сама по себе черная окраска не играет значительной роли в выживаемости волков. Гомозиготные (KK) и гетерозиготные (Kk) по аллели K особи имеют одинаково черную шерсть, однако уровень приспособленности у вторых выше. Таким образом, отбор в пользу аллели K идет не по цвету меха ее носителей, а по дополнительным функциям, которые она выполняет. Поскольку локус K в гене CBD103 кодирует производство белков бета-дефензинов, играющих важную роль во врожденном и приобретенном иммунитете млекопитающих, исследователи предполагают, что вариант K обеспечивает повышенную защиту от респираторных инфекций, например, от вызываемой морбилливирусом чумы плотоядных. Это заболевание, также известное как чумка, убивает многих зараженных особей, особенно детенышей.
Команда зоологов под руководством Сары Кубенес (Sarah Cubaynes) из Университета Монпелье решила проверить связь между черной окраской волков, аллелью K и вспышками чумки. Для этого исследователи сопоставили окраску и наличие антител к чуме плотоядных в 12 волчьих популяциях из разных регионов США и Канады. В северных популяциях черные особи встречаются редко, однако по мере движения на юго-запад их доля растет.
Кубенес и ее коллеги удалось выяснить, что волки с антителами к чумке с большей вероятностью окрашены в черный цвет. Особенно ярко эта закономерность проявляется среди более старших особей. Если в среднем по 12 популяциям доля волком с черным мехом составляет 25 процентов, то среди серопозитивных к чуме плотоядных особей она достигает 32 процентов (p=0,03). Таким образом, у черных волков, которые заразились чумкой, вероятность выжить выше, чем у их серых сородичей.
На следующем этапе авторы сосредоточились на популяции волков из национального парка Йеллоустон. Она на 55 процентов состоит из особей с серым мехом (kk) и на 45 процентов — из особей с черным мехом (KK и Kk), причем доля гомозигот среди последних невелика. Предыдущие исследования показали, что репродуктивный успех серых самок в Йеллоустоне на четверть выше, чем у черных. При этом вспышки чумки вдвое снижают репродуктивный успех самок независимо от их окраски.
Кубенес с соавторами сопоставили выживаемость йеллоустонских волков с разным цветом меха в 1998-2020 годах. За это время в парке произошло пять вспышек чумки. Оказалось, что гетерозиготные черные волки, зараженные чумкой, действительно выздоравливают с большей вероятностью, чем их серые сородичи. Таким образом, повышенная выживаемость черных особей во время вспышек чумы плотоядных компенсирует низкий репродуктивный успех самок с черным мехом.
Зоологи предположили, что при частых эпизоотиях чумки волкам выгодно спариваться с особями противоположного цвета и производить гетерозиготных черных детенышей, более устойчивых к болезни. Демографическую модель, описывающая динамику трех генотипов (kk, Kk и KK) на территории Йеллоустона, подтвердила эту идею. Проанализировав ее, авторы пришли к выводу, что, если эпизоотии чумки происходят раз в десять лет или реже, как в северных регионах Северной Америки (это связано с тем, что здесь немного мелких плотоядных, которые являются природным резервуаром вируса), волкам с серым мехом выгодно брать себе в партнеры особей того же цвета, что и они сами, поскольку серые самки приносят больше потомства. В результате доля черных особей в таких популяциях сокращается. Однако если вспышки болезни случаются чаще, как в Йеллоустоне, то более эффективной стратегией становится спаривание с особями противоположного цвета. Вероятно, этим и объясняется, почему доля черных волков растет по мере продвижения от северных популяций на юго-запад.
Исследователи подчеркивают, что, скорее всего, изначально аллель K защищала волков не от чумки, а от каких-то других болезней. Дело в том, что вирус чумы плотоядных произошел от мутировавшего вируса кори лишь несколько столетий назад, а в Северной Америке распространился лишь в XVIII веке. Однако что это были за инфекции, пока остается неясным.
Ранее мы рассказывали о том, как канадский зоолог Томас Юнг описал первый известный случай меланизма у канадской рыси (Lynx canadensis). Ученый повстречал хищницу необычной расцветки на территории канадской территории Юкон — и сумел запечатлеть ее на видео. До этого меланисты отмечались среди более мелких рыжих рысей (L. rufus)
Канальный сомик поедает плоды лоха узколистного и распространяет его семена
Ихтиологи обнаружили, что 44 процента рациона канальных сомиков, завезенных в реку Сан-Хуан на юго-западе США, составляют плоды лоха узколистного — инвазивного вида деревьев, который попал в Северную Америку благодаря человеку. Несмотря на то, что плоды лоха не слишком питательны, они встречаются в изобилии и их легко собирать, что позволяет им обеспечивать 35,6 процента энергетических потребностей сомиков. Как отмечается в статье для журнала Ecology of Freshwater Fish, возможно, лох помог сомикам колонизировать реку Сан-Хуан и размножиться в ней — а сомики помогли лоху расселиться, распространяя его семена с пометом. Ученым известно немало случаев, когда один инвазивный вид создает благоприятные условия для других инвазивных видов. Например, одичавшие свиньи (Sus scrofa) в Северной и Южной Америке и Океании разрывают почву, помогая чужеродным растениям колонизировать новые территории и размножаться вегетативным путем. А канадские бобры (Castor canadensis), попавшие на Огненную Землю благодаря человеку, строят на местных реках запруды, в которых отлично чувствует себя кумжа (Salmo trutta fario), инвазивная лососевая рыба. Команда ихтиологов под руководством Кристофера Чика (Christopher A. Cheek) из Университета штата Южная Дакота описала еще один похожий пример. В центре их внимания оказалась популяция канальных сомиков (Ictalurus punctatus) из реки Сан-Хуан, притока Колорадо. Эти рыбы были завезены сюда в конце XIX века из восточной части Северной Америки и к настоящему времени сильно размножились. Сомики представляют серьезную угрозу для находящихся под угрозой исчезновения аборигенных видов рыб, с которыми они конкурируют и на которых охотятся. Предыдущие исследования рациона канальных сомиков из реки Сан-Хуан показали, что они часто поедают плоды лоха узколистного (Elaeagnus angustifolia) — дерева, которое попало на запад Северной Америки из Евразии в начале XX века и быстро расселилось по континенту, особенно по берегам рек в центральной и западной части США. Чтобы уточнить, насколько сильно сомики из Сан-Хуана зависят от плодов лоха, Чик и его коллеги с сентября 2016 года по сентябрь 2017 года отлавливали этих рыб на четырех восьмикилометровых участках реки и анализировали содержимое их желудков. В общей сложности в выборку включили 749 особей. Кроме того, авторы оценивали доступность плодов лоха в разные сезоны. Для этого они устанавливали под кронами деревьев ловушки и подсчитывали количество упавших плодов. Проанализировав собранные данные, исследователи пришли к выводу, что плоды лоха опадают с деревьев в течение всего года, причем в наибольшем количестве — осенью и зимой. При этом анализ содержимого желудков сомиков показал, что они поедают плоды лоха в течение всего года (эта пища была обнаружена в желудках у всех пойманных особей). Осенью и весной плоды являются для этих рыб главным источником пищи — а в течение года в среднем составляют 44 процента от общей массы их рациона. Кроме того, сомики поедают другие растения и водоросли, водных и наземных беспозвоночных, мелких наземных позвоночных, а также рыб, включая представителей собственного вида. По оценкам Чика и его коллег, плоды лоха не слишком питательны. Около половины их массы составляет неперевариваемая косточка, а мякоть на 73,6 процента состоит из углеводов и всего на 5,6 процента и 1,7 процента из белков и жиров соответственно. Энергетическая плотность плодов лоха составила 1605 джоулей на грамм — намного ниже, чем у других объектов питания сомиков (у рыбы она составляет 4200 джоулей на грамм, а у водных насекомых — 4300 джоулей на грамм). Тем не менее, судя по расчетам авторов, в течение года плоды лоха обеспечивают в общей сложности 35,6 процента энергетических потребностей сомиков, достигших 30-сантиметровой длины (а также покрывают 38,7 процента энергии, необходимой для метаболических процессов, таких как дыхание и выделение). Еще 31,4 процента энергии эти рыбы получают, поедая наземных беспозвоночных и позвоночных. На водных беспозвоночных, рыбу и раков приходится соответственно 18,3 процента, 10 процентов и 4,6 процента энергии, получаемой сомиками. Исследователи ожидали, что канальные сомики будут переключаться на плоды лоха лишь в тех случаях, когда им будет не хватать другой пищи, например, донных беспозвоночных. Однако в действительности эти рыбы едят плоды в течение всего года и используют их как надежный источник энергии. Несмотря на то, что плоды лоха не слишком питательны, их всегда много и на их поиски не нужно тратить много времени и сил. По мнению авторов, плоды лоха, покрывают значительную часть метаболических потребностей сомиков, позволяя использовать для роста энергию от пищи, богатой белками и жирами. Кроме того, растущие вдоль берегов рек деревья лоха могут привлекать наземных позвоночных, которые составляют около трети рациона сомиков. Чик и его коллеги допускают, что распространение лоха узколистного вдоль берегов Сан-Хуана помогло канальными сомикам закрепиться в этой реке и достичь высокой численности. А сомики, в свою очередь, могут помогать лоху, распространяя его семена вместе с пометом. Впрочем, авторы подчеркивают, что каждый из этих видов вполне мог заселить реку Сан-Хуан самостоятельно. С другой стороны, сотрудничество двух инвазивных видов может идти на пользу аборигенным видам: в теории, поедая плоды лоха, сомики меньше конкурируют с местными рыбами (которые не приспособлены к кормлению плодами) и реже нападают на них. Ранее экологи описали механизмы, с помощью которых инвазивные виды растений успешно закрепляются на новых территориях: это ускоренный набор наземной биомассы, ее возврат в почву и микробная минерализация, а также возможность фиксации азота и увеличение микробной биомассы в ризосфере. Благодаря этим особенностям древесные инвазивные азотфиксаторы (в частности — серебристая акация (Acacia dealbata)) обладают прекрасным потенциалом для рекультивации территорий и борьбы с климатическими изменениями.