Исследователи выпустили в верховья водосборного бассейна водопада Канова в Западной Вирджинии особую группу ярко-голубых рыбок с красными полосами. Их вырастили в Национальном рыбном инкубаторе Уайт-Салфер-Спрингс, чтобы помочь восстановить популяцию сородичей в дикой природе: рыбки должны спариваться с представителями своего вида.
Эти рыбки размером с палец называются candy darter. Они обитают лишь в нескольких водоёмах Западной Вирджинии и Вирджинии. Их и без того небольшие популяции сокращаются из-за скрещивания с похожим, но более многочисленным видом — пёстрым дартером (variegate darter). Появившиеся в результате гибриды, которых называют «candigate», постепенно вытесняют гены candy darter из экосистемы и угрожают будущему этого вида.
Поэтому учёные пытаются спасти рыбу сразу двумя способами: увеличить численность чистых популяций и не допустить появления новых гибридов, сохранив при этом генетическое разнообразие candy darter.
«Сейчас главная цель — сохранить весь уникальный генотип этого вида», — говорит Нейт Оуэнс, специалист по нерыбопромысловым видам рыб из Департамента природных ресурсов Западной Вирджинии. По его словам, важно собрать достаточно особей, чтобы сохранить весь геном candy darter. Если гены пёстрого дартерa проникнут в ДНК достаточного числа рыб, «мы утратим часть способности к адаптации, которая формируется со временем, и вид может вымереть».
По словам Оуэнса, специалисты исследуют генотип пойманных в природе candy darter, чтобы убедиться в их генетической чистоте. Рыб, которые соответствуют этому критерию, могут включить в программу разведения в инкубаторе или переселить выше по течению, туда, куда пёстрые дартеры не добираются. Однако если пёстрые дартеры продолжат вторгаться в их местообитания, исследователям, возможно, придётся пересмотреть требование о стопроцентной генетической чистоте. Другой вариант — намеренно допустить некоторое скрещивание, чтобы сохранить хотя бы большую часть генома candy darter, пока изменение климата и деятельность человека меняют ручьи Аппалачей.
«С философской точки зрения всё становится очень интересно, — говорит Эми Уэлш, специалист по генетике охраны природы из Университета Западной Вирджинии. — Мы создаём новый вид? Или просто помогаем candy darter?»
До появления пёстрых дартеров в местах обитания candy darter эти виды никогда не встречались в одних и тех же водоёмах. По мнению исследователей, рыбаки начали выпускать пёстрых дартеров в места обитания candy darter после того, как использовали их в качестве живой наживки. Пёстрые дартеры крупнее и быстрее. Оказавшись в местах обитания candy darter, они опережали самцов этого вида и спаривались с его самками, в результате чего появлялись гибриды. Со временем территория, занятая гибридами, расширялась. Исследование Геологической службы США показало границы зоны скрещивания, а последующая проверка выявила, что она увеличилась: пёстрые дартеры продолжали продвигаться вверх по течению, в места обитания candy darter.
Скрещивание между двумя видами — не редкость в природе, особенно среди пресноводных рыб. Рыбы оплодотворяют икру вне тела, поэтому из-за конкуренции за места нереста и близкого соседства икра одного вида может случайно оплодотвориться спермой другого. Однако скрещивание становится проблемой, когда деятельность человека приводит в местообитание местного вида чужеродные виды.
В случае candy darter это приводит к генетическому вытеснению: в экосистеме гены пёстрого дартерa берут верх над генами candy darter. С каждым поколением гибриды становятся всё больше похожи на пёстрых дартеров и всё меньше — на candy darter. В результате, по данным обследования, оставалось лишь четыре генетически чистые популяции.
Скрещивание, потеря местообитаний и ухудшение состояния окружающей среды стали причиной того, что специалисты добивались включения candy darter в список видов, охраняемых Законом США об исчезающих видах. Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США сначала присвоила рыбе статус «находящийся под угрозой исчезновения», поскольку, по оценке ведомства, candy darter всё ещё встречалась примерно на половине территории своего исторического ареала. Но, как отмечает Уэлш, это верно лишь в том случае, если считать и гибридов, и чистокровных особей. После того как она и другие эксперты обратили на это внимание, ведомство изменило статус вида на «исчезающий».
Более высокий уровень угрозы способствовал развитию программ разведения, переселения и мониторинга, в которых участвует лаборатория Уэлш. Она исследует образцы генетического материала рыб из чистых популяций, чтобы определить, подходят ли те для спаривания с другими candy darter.
«Перед выпуском в новое место мы проверяем рыб, чтобы убедиться, что это чистые особи candy darter. Так мы гарантируем, что создаём чистую популяцию», — говорит Уэлш.
Департамент природных ресурсов Западной Вирджинии совместно с лабораторией Уэлш и другими партнёрами создаёт чистые популяции candy darter в верховьях водосборного бассейна водопада Канова — в части исторического ареала, откуда вид прежде исчез. По словам Оуэнса, специалисты отслеживают состояние этих популяций с помощью генетического анализа.
В Западной Вирджинии главная угроза candy darter — скрещивание с пёстрыми дартерaми. В Вирджинии, по другую сторону границы, популяциям угрожает другая проблема, связанная с движением генов. Из-за плотин и освоения сельскохозяйственных земель группы рыб изолированы друг от друга и не могут спариваться и обмениваться генетическим материалом. Это делает их уязвимее к изменениям окружающей среды, включая изменение климата и развитие территории.
«Они утрачивают генетическую изменчивость, которая могла бы помочь им адаптироваться», — говорит Эрик Халлерман, профессор охраны рыбных ресурсов в Технологическом университете Вирджинии. Чем активнее обмен генами между популяциями, тем выше их способность выживать и приспосабливаться к изменениям среды. Разные сочетания генов у потомства неродственных особей могут привести к появлению полезных для вида признаков. Без такого разнообразия candy darter в Вирджинии рискует утратить генетическую жизнеспособность и способность адаптироваться к новым условиям.
Департамент ресурсов дикой природы Вирджинии изучает способы снова обеспечить скрещивание между изолированными популяциями. Среди возможных мер — снос небольших плотин и переселение candy darter из одной популяции в другую для увеличения генетического разнообразия. Эти планы пока находятся на ранней стадии.
«Прежде чем переселять животных куда-либо, нужно многое проверить, — говорит Майк Пиндер, специалист по нерыбопромысловым и исчезающим видам рыб из Департамента ресурсов дикой природы Вирджинии. — Нужно выяснить, не занято ли уже выбранное место представителями этого вида и подходит ли там среда обитания. Иначе вы просто выбрасываете деньги на ветер».
Уэлш также следит за генетическим разнообразием candy darter в Западной Вирджинии. Она проверяет не только то, насколько генетически чисты отдельные особи, но и то, насколько они родственны друг другу. Это помогает отслеживать генетический состав популяций и не допускать чрезмерного близкородственного скрещивания.
«С помощью генетики мы можем провести анализ родства и выяснить, какие рыбы спаривались в природе и у кого появилось потомство, — говорит Уэлш. — Мы будем следить за всем этим, поскольку такие факторы влияют на генетическое разнообразие и долгосрочный потенциал популяции к адаптации».
Статус гибридов «candigate» пока не определён. Гибрид, появившийся от скрещивания чистых пёстрого дартерa и candy darter, внешне будет похож на смесь обоих видов. Но если он скрещивается с другим гибридом или пёстрым дартером, его потомки всё меньше напоминают candy darter, хотя и сохраняют часть генетического материала этого вида. То же относится к особям, которые выглядят как candy darter, но имеют хотя бы небольшое количество ДНК пёстрого дартерa: они недостаточно генетически чисты, чтобы их признали candy darter и включили в программу разведения.
Хотя распространение гибридов угрожает существованию candy darter как отдельного вида, в долгосрочной перспективе оно может помочь сохраниться хотя бы какой-то его разновидности в быстро теплеющей экосистеме. Candy darter нужна более холодная вода, тогда как пёстрые дартеры хорошо себя чувствуют в более тёплой. Поэтому Уэлш предполагает: если отбирать для размножения candy darter с определёнными генами пёстрого дартерa, они, возможно, смогут выжить.
За оставшимися чистыми популяциями candy darter наблюдают и пополняют их чистыми особями, обнаруженными в ходе природоохранных работ. Места для создания таких популяций тщательно выбирали, чтобы туда не проникли пёстрые дартеры или гибриды. Однако это лишь небольшая часть исторического ареала вида. Чтобы вернуть candy darter во весь исторический ареал в пределах водосборного бассейна, потребуется полностью удалить из этой местности пёстрых дартеров и гибридов.
«Думаю, многое будет зависеть от развития науки, — говорит Оуэнс. — Если мы захотим вернуть созданные популяции в их исторический ареал, где нет преград для проникновения пёстрых дартеров, нам придётся попробовать что-то другое, чтобы убрать этих рыб из местных сообществ».
Если участки обитания candy darter и пёстрого дартерa полностью окажутся заняты гибридами, Департамент природных ресурсов может попытаться обратить гены самих рыб против них. Для этого предполагается создать так называемых «троянских самцов» — генетически модифицированных рыб, которые будут производить только потомство мужского пола. Со временем в популяции не останется плодовитых самок, способных размножаться.
Пока же специалисты сосредоточены на природоохранных методах, основанных на генетических исследованиях, и просвещении населения: важно не выпускать живую наживку в водоёмы и не изымать местные виды.
«Если мы не прекратим перемещать рыб с места на место, то получим большие однородные сообщества, состоящие из одних и тех же рыб, и утратим биоразнообразие», — говорит Оуэнс.
Это стало бы серьёзным ударом для Аппалачского региона — одного из самых богатых биоразнообразием мест на планете, где обитают 80 000 редких видов.
«На юго-востоке Северной Америки находится одна из двух мировых точек концентрации биоразнообразия умеренных пресноводных рыб. Вторая — в Восточном Китае, — говорит Халлерман. — Это драгоценное богатство, о котором большинство людей даже не знает».