Sebbene i piccioni passeggeri siano stati vittime di cacciatori umani, non capiamo ancora con precisione come una specie possa declinare da miliardi a nessuno in un periodo di cinquant’anni. La genetica può darci qualche indizio utile?
Piccioni passeggeri (Ectopistes migratorius), esemplari museali. (doi: 10.1126 / scienza.aao0960)
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Mentre le estinzioni vanno, l’estinzione del piccione passeggero è davvero una stupenda conquista umana, senza precedenti nella storia registrata: grazie alla nostra propensione per l’uccisione implacabile combinata con la distruzione di habitat su larga scala, la popolazione di questi iconici uccelli è crollata da miliardi a zero in soli cinquant’anni. Ma come potrebbero questi uccelli declinare così rapidamente? Sicuramente, la gente non ha ucciso fino all’ultimo di loro, vero? Non dovrebbero le popolazioni incredibilmente enormi e diffuse proteggere una specie dall’estinzione? Perché alcuni piccioni non sono sopravvissuti in aree remote?,
Il mistero si approfondisce
In uno studio pubblicato nel 2014, i ricercatori hanno cercato di capire come una specie così abbondante potesse essere estinta, in particolare dal momento che molti scienziati hanno stimato che i piccioni passeggeri erano, probabilmente, le specie di uccelli più popolose del pianeta, mai. Nonostante la loro enorme popolazione, lo studio del 2014 ha indicato che i piccioni passeggeri avevano una diversità genetica molto inferiore al previsto. Gli autori di questo studio hanno suggerito che i piccioni passeggeri non erano sempre super-abbondanti (ref; leggi di più).,
L’analisi dei ricercatori ha suggerito che il numero dei piccioni passeggeri era esploso di recente (simile all’attuale esplosione della popolazione umana), o la loro popolazione fluttuava naturalmente di mille volte o più in brevi periodi di tempo (questo modello di popolazione è visto in diverse specie di focolai, come le locuste della peste australiana, i Chortoicetes terminifera, o)., Sulla base delle loro scoperte, gli autori dello studio 2014 hanno concluso che il piccione passeggero era una “specie di epidemia” e che i loro periodici incidenti di popolazione creavano colli di bottiglia genetici che riducevano la diversità genetica dai livelli attesi. Hanno anche proposto che la popolazione del piccione passeggero era già in un declino naturale quando immigrati e coloni europei arrivarono e li spinsero oltre il limite verso l’estinzione.,
Ma un nuovo studio (ref) sfida questa conclusione: dopo aver sequenziato e analizzato quattro genomi di piccioni passeggeri e 41 genomi mitocondriali da individui raccolti in tutta la gamma espansiva di questo uccello, gli autori di questo nuovo studio hanno confermato che sì, il genoma del piccione passeggero aveva una diversità sorprendentemente bassa rispetto alla dimensione complessiva della loro popolazione.
Ma quando i ricercatori hanno esaminato da vicino l’intero genoma, hanno scoperto che la diversità genetica variava: alcune regioni del genoma avevano una diversità molto bassa, mentre altre no. E ‘ stato inaspettato., I ricercatori hanno ragionato che, se la popolazione del piccione passeggero fosse stata fluttuante di mille volte per lunghi periodi di tempo, allora la diversità genetica in tutte le regioni del genoma dovrebbe essere influenzata allo stesso modo.
Inoltre, hanno scoperto che la diversità genetica nel genoma mitocondriale non corrispondeva ai dati genomici., Invece, il genoma mitocondriale del piccione passeggero indicava che la loro popolazione era stata stabile negli ultimi 20.000 anni-un periodo di tempo che includeva cambiamenti climatici drammatici, come la fine dell’ultima era glaciale in Nord America, che è proprio quando ci si aspetterebbe di vedere le fluttuazioni della popolazione.
Curiouser e curiouser
Il piccione passeggero, Ectopistes migratorius, erano bei uccelli di medie dimensioni che allevavano le loro famiglie in enormi colonie sociali in tutti gli Stati Uniti orientali., Elegante e snella, questa specie è stata costruita per la velocità, e vagavano liberamente su grandi distanze (Figura 1A).
Fig. 1A. Gamma di piccioni passeggeri e origini del campione Gamma di piccioni passeggeri al momento dell’europeo… contatto (rosso scuro: gamma di allevamento; rosso chiaro: gamma completa) e gamma attuale di piccioni dalla coda a banda (viola), con l’inserto che mostra la posizione di origine dei 41 campioni di piccioni passeggeri analizzati qui. Le posizioni dei quattro campioni da cui sono stati generati i genomi nucleari sono indicate con una scatola blu. (doi: 10.1126 / scienza.aao0960)
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Lo stile di vita peregrinante del piccione passeggero è stato catturato nel suo genoma, che non ha rivelato alcuna struttura geografica distinguibile che è tipicamente vista in specie più sedentarie (Figura 1B).
Fig. 1B. Piccione passeggero stima effettiva della popolazione (Ne) dai genomi mitocondriali…. Dedotto Ne (l’ombreggiatura blu indica l’intervallo HPD al 95%) e la filogenesi mitocondriale da un’analisi coalescente bayesiana. I colori nell’inserto a (Figura 1A) corrispondono alla filogenesi in (Figura 1B)., La struttura della filogenesi non è correlata con la geografia, che è coerente con un’assenza di struttura della popolazione geografica. (doi: 10.1126 / scienza.aao0960)
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Come ho detto, era abbastanza ampiamente accettato che la popolazione del piccione passeggero subisse enormi fluttuazioni periodiche che, a loro volta, riducevano la loro diversità genetica complessiva dai livelli attesi. Ma c’è un’altra possibile spiegazione per il loro insolito livello di diversità genetica: la selezione naturale., È concepibile che il processo di selezione naturale che agisce su un particolare gene abbia provocato una perdita di diversità tra altri geni vicini, o tra quei geni che sono in qualche modo legati al gene selezionato. Questo fenomeno-in cui un gene selezionato influenza il destino di altri geni nel suo quartiere genomico-è noto in letteratura come “effetto hitch-hiking” (ref).
Un team di ricercatori ha studiato la diversità genetica del piccione passeggero e lo ha confrontato con il genoma del piccione dalla coda a banda, Patagioenas fasciata.,
Anche se queste due specie sono l’una i parenti più stretti dell’altra e sono ecologicamente simili, hanno una grande differenza che è stata particolarmente importante per questo particolare studio: la popolazione del piccione dalla coda a banda è molto più piccola di quella del piccione passeggero, e lo è sempre stata.,
“L’unica differenza tra loro è davvero questa dimensione della popolazione, quindi possiamo iniziare a scavare in quali potrebbero essere le conseguenze evolutive dell’essere una popolazione super-grande”, ha detto il biologo molecolare e coautore senior dello studio, Beth Shapiro, che è professore nel Dipartimento di Ecologia e Biologia evolutiva presso l’Università della California, Santa Cruz.,
Per fare questo lavoro, il professor Shapiro e i suoi colleghi hanno ottenuto minuscoli campioni di tessuto dai puntali di esemplari di piccione passeggeri raccolti negli Stati Uniti orientali (Figura 1A), che si trovano in una serie di collezioni museali. Usando quei campioni di tessuto, il team di ricerca ha estratto i genomi nucleari o mitocondriali dai singoli piccioni passeggeri. Hanno confrontato i marcatori genetici del piccione passeggero con quelli del piccione dalla coda a nastro.,
Sulla base delle loro analisi, il professor Shapiro e i suoi colleghi hanno visto che alcune porzioni del genoma del piccione passeggero avevano un’elevata diversità genetica, indicando che avevano vissuto come una popolazione molto grande per un tempo molto lungo (Figura 2).
Fig. 2. π attraverso i genomi dei piccioni passeggeri e dei piccioni dalla coda a nastro. A) Un istogramma che descriva la media π… per finestre da 5 Mb attraverso i genomi del piccione passeggero (rosso) e del piccione dalla coda a banda (blu). B) Distribuzione genomica di stime individuali a coppie di media π in finestre di 5 Mb attraverso i genomi delle due specie., Ogni confronto tra – e all’interno-individuale a coppie è tracciato come rosso (28 passeggeri confronti piccione) o blu (6 band-coda confronti piccione) linee. I confini cromosomici sono indicati come linee tratteggiate verticali. I cromosomi sono ordinati in base alle loro dimensioni nel genoma del pollo. (doi: 10.1126 / scienza.aao0960)
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Ma altre regioni del genoma del piccione passeggero avevano un livello di diversità genetica inferiore al previsto (Figura 2), nonostante fossero “mutazioni neutre”., Le mutazioni neutre non sono né benefiche né dannose, ma potrebbero servire come materia prima essenziale per la selezione naturale su cui agire in futuro mentre gli uccelli si adattano a un paesaggio che cambia. Pertanto, gli autori hanno concluso che il genoma del piccione passeggero ha mostrato un “effetto hitch-hiking” di forte selezione naturale.
Questo, sostengono gli autori, è dovuto all’abbondanza e all’enorme mobilità del piccione passeggero; ciò ha permesso che le mutazioni benefiche si diffondessero estremamente rapidamente in tutta la popolazione mentre le mutazioni dannose scomparivano altrettanto rapidamente., Grazie a una forte selezione naturale su alcuni geni benefici, è stata influenzata anche la diversità di altri geni vicini, che non erano né benefici né dannosi-in linea con il modello “hitch-hiking effect”.
È impossibile adattarsi all’omicidio di massa
In retrospettiva, è ovvio che il piccione passeggero non poteva tollerare molta caccia certainly e certamente non il tipo di intenso, consistente massacro a cui erano sottoposti da immigrati e coloni europei.,
“Il nostro omicidio di massa di loro nel corso di decenni è stato troppo veloce per l’evoluzione per tenere il passo”, ha detto il professor Shapiro.
“Il nostro studio mostra che i piccioni passeggeri erano sorprendentemente ben adattati a vivere in grandi popolazioni”, ha elaborato il professor Shapiro in email. “In grandi popolazioni, la selezione naturale è altamente efficiente. Ciò suggerisce che se l’ambiente fosse cambiato lentamente (come potrebbe essere dopo la fine dell’ultima era glaciale) sarebbero in grado di adattarsi a questi cambiamenti (come hanno fatto alla fine dell’ultima era glaciale).,”
Tuttavia, nel 1800, l’ambiente dei piccioni passeggeri cambiò improvvisamente a causa della caccia.
“Abbiamo ucciso milioni di piccioni passeggeri nel corso di poche generazioni di piccioni passeggeri”, ha detto il professor Shapiro in email. “Non c’era tempo per i piccioni passeggeri di adattarsi a questo nuovo ambiente. Non sono morti perché avevano pochissima diversità …, ma perché improvvisamente si sono trovati a vivere in un ambiente molto diverso da quello a cui sono stati adattati, ancora sovrasfruttati da un predatore altamente qualificato, e ora privi di un mezzo efficiente per evolversi in risposta a questo cambiamento ambientale.”
Possiamo imparare qualche lezione pratica da questo tragico evento di estinzione? Né questo studio né lo studio del 2014 forniscono intuizioni genetiche sul mistero di come il piccione passeggero si sia estinto così rapidamente., Ad esempio, nessuna delle ricerche pubblicate finora ha capito come prevedere quanti piccioni passeggeri potrebbero essere uccisi prima che l’intera popolazione crollasse nel nulla, per sempre. Quando è stata superata quella linea?
La conservazione è un lavoro difficile. Generalmente, i biologi della conservazione presumono che una grande popolazione corrisponda ad un’alta diversità genetica e questo, presumibilmente, funge da cuscinetto contro l’estinzione. Ma il piccione passeggero serve come un potente esempio cautelativo che questa ipotesi non è necessariamente vera.,
“C’è di più che dovremmo considerare quando pensiamo a una popolazione in via di estinzione rispetto alla semplice dimensione della popolazione”, ha concordato il professor Shapiro. Ha sottolineato che gli sforzi di conservazione di successo possono richiedere un’azione decisiva molto prima che la popolazione di una determinata specie scenda al di sotto di quello che pensiamo sia un livello criticamente basso.
“Pensiamo ora di ripristinare creando patch di habitat protetti”, ha detto il professor Shapiro. “Ma non sappiamo se il modo in cui si sono evoluti attraverso tutta la loro storia significa che non sono adatti per vivere in piccole popolazioni.,”
Il piccione passeggero probabilmente non era in grado di sopravvivere in piccole popolazioni relitte. Il loro vasto numero era probabilmente una delle loro strategie di sopravvivenza più efficaci: nessun predatore poteva ucciderli tutti. Questa strategia è visto in alcuni insetti e altri animali, e anche in alcune specie di vertebrati. Ad esempio, il merluzzo atlantico, Gadus morhua, ha subito un destino notevolmente simile a quello del piccione passeggero. Storicamente, questi pesci vivevano in popolazioni estremamente grandi lungo le Grand Banks di Terranova fino agli 1990, quando il suo numero si è schiantato a causa dell’esuberante pesca eccessiva., Sebbene tutta la pesca della popolazione di Grand Banks del merluzzo del nord Atlantico si sia fermata più di 15 anni fa, tale pesca è ancora in diminuzione e si prevede che si estinguerà entro 20 anni (ref).
La genetica è solo una parte della storia. Sulla base di rapporti storici, siamo abbastanza certi che i piccioni passeggeri erano comportamentalmente adattati a vivere in grandi comunità.
“È noto che hanno collaborato alla ricerca di cibo e hanno anche collaborato all’allevamento di giovani”, ha detto l’autrice principale Gemma Murray, biologa evoluzionista dell’UCSC., “questi tipi di comportamenti sono il genere di cose che potrebbero funzionare molto bene quando la dimensione della popolazione è grande e densa. Ma quando la caccia ha avuto un grande impatto sulla loro popolazione, e il loro numero è sceso enormemente nel 19 ° secolo, forse quelle cose non hanno funzionato più.,”
I dati del professor Shapiro e dei suoi colleghi suggeriscono che al piccione passeggero mancavano le risorse genetiche necessarie per adattare la loro fisiologia e il loro comportamento abbastanza rapidamente per vivere in piccole comunità, e ciò derivava, almeno in parte, da una riduzione della diversità genetica necessaria per farlo accadere. Ciò è il risultato di un modello di abuso diffuso e sistemico da parte delle persone.
“L’estinzione del piccione passeggero era evitabile”, ha osservato il professor Shapiro. “È stata interamente colpa nostra., Abbiamo cacciato e sfruttato troppo questo fantastico animale, e dovremmo cercare di stare attenti a quello che stiamo facendo oggi.”
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Citato anche:
Estinzione del piccione passeggero: è complicato
Perché il piccione passeggero si è estinto? / @ GrrlScientist
