ZGODA NA KOPIOWANIE TYLKO Z PODANIEM NAZWISKA AUTORKI ORAZ NAZWY DOMENY

Transkrypt

1 Ewolucja kota najnowsze badania genetyczne O Brien, S. J., Johnson, W. E. (2007). The evolution of cats. Scientific American, July, tłumaczenie: mgr Agata Burkat HOMOFELIDAE ZGODA NA KOPIOWANIE TYLKO Z PODANIEM NAZWISKA AUTORKI ORAZ NAZWY DOMENY

2 Eleganckie i enigmatyczne koty intrygują nie tylko tych z nas, którzy dzielą swoje sofy z ich mniejszymi wersjami, ale także naukowców, którzy starają się rozwiązać zagadkę ewolucji ich większych kuzynów. Gdzie wyewoluował współczesny kot? Kiedy i dlaczego opuścił on swój dom i migrował pomiędzy kontynentami? Ile gatunków właściwie istnieje i jak bardzo są ze sobą spokrewnione? Eksperci zgadzają się co do faktu, że istnieje 37 gatunków w rodzinie Felidae, niestety proponują oni dziesiątki klasyfikacji porządkujących je wg rodzaju (niektóre uznają istnienie tylko 2 rodzajów, inne aż 23). Bezsprzecznie różne gatunki kotów są do siebie podobne wyglądają jak małe koty, średnie koty i duże koty. Odróżnienie czaszki lwa od czaszki tygrysa może stanowić nie lada wyzwanie nawet dla eksperta, a badania genetyczne, które prowadziliśmy przez ostatnie 20 lat nie pozwoliły stworzyć jednoznacznej klasyfikacji. W ciągu ostatnich lat dokonała się jednak rewolucja w sekwencjonowaniu genomu głównie dzięki projektowi Human Genome Project a także dzięki rozwojowi zaawansowanych technik badania DNA. To dało nadzieję na głębszy wgląd w sprawę ewolucji kotów. Wykorzystując wyżej wymienione techniki, nasza dwójka, wspomożona przez kolegów z innych instytucji, skonstruowała pierwsze solidnie rozpracowane drzewo rodowe kotów. Poprzez porównania sekwencji DNA 30 genów w każdym z żyjących gatunków kotów, byliśmy w stanie ustalić gałęzie owego drzewa. Następnie, w celu ustalenia momentu pojawienia się danej gałęzi, wykorzystaliśmy dokładnie datowane skamieliny oraz analizę zegara molekularnego (który szacuje, jak dawno temu wyewoluował określony gatunek na podstawie stopnia zróżnicowania genów). Rezultaty, jakie otrzymaliśmy pozwoliły nam opracować nowe spojrzenie na to, jak blisko spokrewnione są ze sobą gatunki kotów oraz jak to się stało, że skolonizowały one 5 kontynentów. Poczucie porządku Bardzo szybko zauważyliśmy, że badania DNA pozwalają zgrupować 37 gatunków kotów w 8 klasterów czy też linii rodowych. Byliśmy zainteresowani czy te 8 grup wyodrębnionych na podstawie analizy genetycznej zgadzać się będzie z obserwacjami dowodzącymi, że poszczególne gatunki danego klastera mają podobne cechy morfologiczne, biologiczne i fizjologiczne charakterystyczne tylko dla ich grupy. Przykładowo, jedna z grup zawiera w sobie wszystkie gatunki kotów, które ryczą (lew, 1

3 tygrys, leopard, jaguar i pantera śnieżna). Narządem pozwalającym im na wydawanie tego dźwięku jest niekompletnie skostniała kość gnykowa występująca u nasady języka. W tej samej grupie znajdują się pantera mglista oraz borneańska pantera mglista, mało poznane, średniej wielkości koty o pięknej, marmurkowej sierści. Ze względu na odmienną budowę kości szyi, nie są one w stanie ryczeć. Porównanie sekwencji genów pozwoliło na zidentyfikowanie linii rodowych, kolejności ich pojawiania się oraz z pomocą analizy skamielin czasu ich pojawienia się. Tak czy inaczej, potrzebowaliśmy dwóch dodatkowych informacji do uzupełnienia scenariusza oraz ustalenia, gdzie narodziły się pierwsze koty i w jaki sposób uzyskały swoją obecną dystrybucję. Na początku zanalizowaliśmy obecne rozmieszczenie gatunków kotów oraz dystrybucję ich przodków (na podstawie pozostałości paleontologicznych). Następnie spojrzeliśmy na koci świat oczami geologów, którzy zanalizowali rozmieszczenie osadów geologicznych, w celu ustalenia sekwencji wznoszenia się i obniżania poziomów morza. Gdy poziom morza był niski, pomosty pomiędzy kontynentami pozwalały ssakom migrować. Gdy poziom morza wzrastał, zwierzęta były na powrót izolowane od reszty świata. Badania kręgowców wykazały, że fizyczna izolacja na kontynentach lub wyspach wystarcza, aby dana populacja tak dalece odsunęła się genetycznie od swoich przodków, żeby nie móc się z nimi dłużej krzyżować (jest to istota specjacji). Za pomocą tych puzzli byliśmy w stanie skonstruować prawdopodobną sekwencję migracji w historii rodziny Felidae. Na podstawie samych skamielin większość badaczy przyjęła pogląd, jakoby przodkiem dzisiejszego kota był gatunek zwany Pseudaelurus, żyjący w Europie 9-20 milionów lat temu (Pseudaelurus nie był pierwszym kotem; większy szablozębny kot zwany Nimravids pochodzi z okresu około 35 mln lat temu, jednak niemal wszyscy jego potomkowie wyginęli). Nasze ostatnie badania molekularne wskazują jednak, że wszystkie współczesne koty pochodzą od jednego z gatunków Pseudaelurus, żyjącego w Azji około 11 milionów lat temu. Mimo, iż nie mamy pewności co do tego, który to gatunek, wierzymy, że ta prastara grupa zawierała w sobie Adama i Ewę dzisiejszych 37 gatunków kotów. W drodze Pierwszą grupą wyłonioną z tej zagadki była linia pantery. Powstała ona prawdopodobnie 2

4 około 10,8 miliona lat temu i zawiera wielkie ryczące koty (great roaring cats) oraz 2 gatunki pantery mglistej. Druga linia narodziła się około 1,4 miliona lat później, również w Azji i doprowadziła do powstania rodzaju Pardofelis, składającego się z 3 małych kotów, nadal zasiedlających południowo-wschodnią Azję. Kolejnym odłamem oryginalnej grupy jest linia karakala, dziś reprezentowana przez 3 średniej wielkości gatunki kota, których przodkowie przeniknęli do Afryki około 8-10 milionów lat temu podczas pierwszej międzykontynentalnej migracji. Podczas tego okresu, poziom mórz spadł o 60 metrów w stosunku do dotychczasowego, łącząc Afrykę i Półwysep Arabski lądowym pomostem i umożliwiając migracje gatunków do Afryki. Koty migrują, ponieważ ich wrodzone wzorce zachowania wymagają od nich coraz większego rozproszenia z każdym kolejnym pokoleniem. Gdy osiągają wiek młodzieńczy, młode samce a także okazjonalnie samice, zmuszone są opuścić swój rodzinny teren. W miarę upływu czasu więc, wciąż rosnące populacje potrzebują coraz większych terytoriów. Takie zachowanie, w połączeniu z koniecznością podążania za migrującą zwierzyną, tłumaczy motywację kotów pchającą je do wędrówek. Koty są również niesamowicie uzdolnionymi łowcami i bardzo szybko eksplorują nowe tereny, gdy tylko pojawia się taka możliwość, nie jest więc zaskakujące, że udaje im się pomyślnie przemieszczać na nieznane terytoria. Podczas gdy część azjatyckich kotów przemieszczała się do Afryki, inna ich grupa rozproszyła się na terenie Azji i poprzez cieśninę Beringa (wtedy most lądowy) przedostała się na teren Alaski. Gdy koty opanowały tereny Azji, Europy, Afryki i Północnej Ameryki, poziom mórz zaczął ponownie wzrastać, izolując powoli powstające gatunki od siebie. W Ameryce Północnej linie ocelota oraz rysia odseparowały się od swoich przodków odpowiednio 8 oraz 7,3 miliona lat temu, przy czym linia ocelota w dalszej kolejności podzieliła się na dwa gatunki a linia rysia na 3 gatunki rysia oraz rysia rudego. Linia pumy powstała około 6,7 miliona lat temu, dając początek gatunkowi pumy (inaczej zwanej kuguarem lub lwem górskim), jaguarundi oraz amerykańskiemu gepardowi. Skamieliny 3

5 owych gatunków znajdowane w Ameryce dowodzą ich pochodzenia z zachodniej półkuli. Dwa do trzech milionów lat temu kolejna epoka lodowcowa spowodowała ponowne obniżenie się poziomów mórz a także połączenie dwóch Ameryk przesmykiem panamskim. Część kotów z tego okresu wykorzystała możliwość migracji, skierowała swoją wędrówkę na południe i dotarła do kontynentu bez rodzimych drapieżników (niedźwiedzi, psów, kotów, skunksów, itd). Ameryka Południowa przez dziesiątki milionów lat odizolowana była od innych mas lądowych i roiła się od różnych gatunków torbaczy, w tym kilku drapieżnych. Nagle jednak na kontynent ten przybyły koty i stały się dominującymi drapieżnikami: wielkimi, szybkimi, zwinnymi, dzikimi i śmiercionośnymi. Skromniejsi mięsożercy z rodziny torbaczy nie stanowili dla nich żadnego zagrożenia. Niemal wszystkie rodzime torbacze zostały szybko zastąpione przez przybyłe drapieżniki, takie jak koty z linii ocelota, która od tego momentu różnicowała się w swoim nowym środowisku. W wyniku tego procesu powstało 7 gatunków, które nadal zamieszkują Amerykę Południową. Gdy ostatnia epoka lodowcowa dobiegała końca około lat temu, gruba pokrywa lodowa, występująca na terenie obecnej Kanady i północnych brzegów USA stopniowo topniała, przekształcając nagi krajobraz w zalesione tereny i trawiaste prerie Ameryki Północnej. Po wielkiej odwilży, kataklizm nagle doprowadził do wyginięcia 40 gatunków ssaków Ameryki Północnej. Ginięcia plejtoceńskie wyeliminowały 75% dużych zwierząt żyjących na tym terenie. Mamuty, mastodonty, Canis dirus (wilk straszny), masywne niedźwiedzie z krótkimi kufami, wielkie leniwce, amerykańskie lwy, koty szablozębne, pumy i gepardy wszystkie te zwierzęta zniknęły z powierzchni Ameryki Północnej. Gepardy nie wyginęły całkowicie dzięki temu, że kilka milionów lat wcześniej ich przodkowie wyemigrowali do Azji a następnie Afryki wykorzystując niski poziom mórz. Pumy uniknęły zagłady dzięki uchodźctwie do Ameryki Południowej. Wiele pokoleń później, powróciły one na północny kontynent. Inne gatunki nie przetrwały. Wędrówka trwa 4

6 Mniej więcej w tym samym okresie, gdy gepardy wędrowały z Ameryki do Azji, prekursorzy linii lamparta i kota domowego oddzielili się od swoich amerykańskich korzeni i przekroczyli cieśninę Beringa dostając się do Azji. Równolegle linia lamparta rozrosła się, rozpoczynając życie azjatyckiego lamparta oraz 4 małych gatunków, które obecnie spotkać można w Indiach (kot rdzawy), Mongolii (manul), Indonezji (kot kusy) oraz innych punktach Azji (taraj). Również w Azji podczas tego okresu, wielkie ryczące koty z linii pantery powiększyły swój obszar rezydowania. Masywne, 320- kilogramowe tygrysy zasiedliły obszary południowej i wschodniej Azji (Indie, Indochiny, Sunda Shelf i Chiny), podczas gdy w północnej i zachodniej Azji pantera śnieżna (irbis) doskonale przystosowała się do dużych wysokości gór himalajskich i Ałtaju. Lamparty rozpierzchły się nie tylko w obrębie Azji, ale także w Afryce, gdzie można je spotkać do dzisiaj. Lwy i jaguary emigrowały do Ameryki Północnej w późnym Pliocenie, około 3-4 milionów lat temu. Pomimo faktu, iż w Plejstocenie oba te gatunki wyginęły na terenie Ameryki Północnej, jaguary wywędrowały do Ameryki Południowej a lwy znalazły schronienie w Afryce, gdzie panowały bardziej sprzyjające warunki niż na kontynentach poprzednio przez nie zamieszkiwanych. Do dnia dzisiejszego lew walczy o przetrwanie w Afryce (jego populacja liczy około osobników). W Azji lwy praktycznie całkowicie wyginęły, jedyną zachowaną populacją tego gatunku na kontynencie azjatyckim jest ta licząca około 200 blisko ze sobą spokrewnionych osobników z Parku Narodowego Gir Forest w Indiach. Nasze badania genetyczne wykazały, że bliski wyginięcia był również tygrys. Około lat temu masywna erupcja wulkanu Toba na Borneo doprowadziła do wyginięcia wielu gatunków ssaków we wschodniej Azji, w tym dużej populacji tygrysów. Niewielka grupa tygrysów przetrwała ten kataklizm, a następnie odtworzyła populację tego gatunku w regionie, jednak niskie zróżnicowanie genetyczne ich obecnych potomków wskazuje na to, że gatunek ten przeszedł zjawisko wąskiego gardła na skutek erupcji Toba. Do naszych salonów Ostateczny etap podróży kota z dżungli do naszych salonów zaczął się w wilgotnych lasach i rozległych pustyniach skupionych wokół basenu Śródziemnego. Właśnie tam powstało kilka gatunków drobnych kotów (ważących mniej niż 10kg): chaus, kot arabski, kot czarnołapy oraz wszechobecny gatunek żbika z dobrze poznanymi podgatunkami 5

7 (europejskim, centralno-azjatyckim, bliskowschodnim oraz chińskim). Jeden z tych podgatunków dał początek fascynującemu procesowi domestykacji. Szeroko zakrojone badania z dziedziny genetyki molekularnej prowadzone przez Carlosa Driscolla z Uniwersytetu Oxfordzkiego przybliżyły ten proces. Wszystkie koty domowe naznaczone są tym samym genem charakterystycznym dla azjatyckiego żbika (Izrael i Bliski Wschód). Obecnie uważa się, że kot został udomowiony w kilku punktach Żyznego Półksiężyca około lat temu, gdy nomadyczni do tej pory ludzie zaczęli prowadzić osiadły tryb życia skupiony wokół małych wiosek. Pierwsi osadnicy uprawiali pszenicę, jęczmień i ryż. Dzikie koty - najwyraźniej zwabione dużymi skupiskami gryzoni - stały się dla nich wartościowymi kompanami, strzegącymi cennych zapasów żywności przed szkodnikami. Z czasem koty te stawały się coraz bardziej oswojone z człowiekiem, a mnożąc się intensywnie, związały z nim swój los. Również i te koty zaczęły migrować - najpierw na piechotę a z czasem za pomocą środków transportu wynalezionych przez człowieka. Ostatecznie kot domowy rozprzestrzenił się na całą planetę. Obecnie na świecie żyje około 600 milionów kotów domowych - przedstawicieli jedynego gatunku kota, któremu nie grozi wyginięcie. W XIX wieku miłośnicy tych zwierząt mnożyli je ze sobą pod kątem tworzenia modnych ras. Organizacja American Cat Fanciers Association wylicza 41 oficjalnych ras kotów od maine coona, przez persy i koty syjamskie aż po koraty - historia wszystkich tych ras zaczyna się wraz z początkiem ludzkiej cywilizacji w Żyznym Półksiężycu. Historia ewolucji kotów, która wyłania się z naszych badań stanowi zapowiedź rychłego rozwoju nowopowstałej dziedziny nauki - "prehistorii genomowej". Tak jak w przypadku kotów, zróżnicowanie genomów osobników każdego gatunku niesie ze sobą informacje na temat migracji, pokrewieństwa, efektu wąskiego gardła i ekspansji na naszej planecie. O Brien, S. J., Johnson, W. E. (2007). The evolution of cats. Scientific American, July,