Genetika ponekad ne treba kompletan genom da bi ispričala priču. Dovoljno je pronaći dovoljno fragmenata, biti u stanju da ih razlikuje od šuma i imati alat sposoban da ih smjesti na evolucijsko stablo. To je ono što je međunarodni tim predvođen istraživačima sa Univerziteta Yale postigao s džinovskim kornjačama Galapagosa.
Studija, objavljena u časopisu Proceedings of the Royal Society B , predstavlja računarski postupak koji radi sa DNK sekvencama izuzetno niske pokrivenosti i rekonstruiše evolucijske odnose čak i kada je veliki dio genetskih informacija izgubljen. Istraživanje potvrđuje evolucijski položaj dvije izumrle loze sa ostrva San Cristóbal i Santa Fe, nalaz koji se proteže dalje od ove dvije iščezle populacije.
Genetski izazov: ekstremno degradirana DNK
Drevna DNK predstavlja fundamentalni problem: vremenom se raspada, fragmentira i miješa s genetskim materijalom iz okoline. Kod proučavanih kornjača, izazov je bio još veći jer su neki uzorci pružali manje od 1% pokrivenosti genoma. Konkretno, tim je radio sa sekvencama cijelog genoma s ultra-niskom pokrivenošću, ispod 0,15 puta, a u analiziranim slučajevima, između približno 0,008 i 0,139 puta. Drugim riječima, dostupne informacije bile su minimalne u poređenju s onima dobivenim konvencionalnim sekvenciranjem.
Da vam damo ideju, nisu imali pohabanu knjigu s nedostajućim stranicama, već hiljade fragmenata listova, nekih nečitljivih, a drugih moguće iz drugog djela. S obzirom na ovaj scenario, rizik je bio jasan: ako bi pokušali direktno rekonstruirati genom, ogromne praznine bi mogle generirati lažne evolucijske odnose. Rješenje je bilo promijeniti pitanje: umjesto da pokušavaju vještački rekonstruirati cijeli izgubljeni genom, istraživači su nastojali izvući maksimalni evolucijski signal iz fragmenata koji su se mogli identificirati.
Metoda koju su razvili Alexander Ochoa i Adalgisa Caccone kombinuje nekoliko alata za genomsku analizu, kao što su EPA-ng za filogenomijsko pozicioniranje, smartsnp za analizu genetičke strukture populacija i Admixfrog i NGSadmix za proučavanje potencijalnih komponenti genetičke primjese. Ključni metodološki detalj je da nisu koristili imputaciju genotipa za popunjavanje praznina, što smanjuje rizik od uvođenja signala koji nisu prisutni u originalnom uzorku.
Dvije loze koje više ne postoje
U istraživanju je korištena DNK dobivena iz osušenih kostiju historijskih primjeraka sačuvanih u muzejskim zbirkama. Među uzorcima je bilo pet primjeraka koji pripadaju dvjema izumrlim lozama. Nakon ekstrakcije DNK, istraživači su kombinirali pronađene fragmente s genomskim informacijama modernih kornjača i drugih, kvalitetnijih historijskih primjeraka. Ključno je bilo smjestiti fragmente iz degradiranih uzoraka unutar referentnog filogenetskog stabla, konstruiranog od genoma višeg kvaliteta, kako bi se precizno utvrdilo gdje se uklapaju.
Rezultati su bili dovoljno konzistentni da identifikuju i smjeste izumrle loze San Cristóbala i Santa Fea unutar evolucijskog zračenja galapagoških gigantskih kornjača. Autori zaključuju da obje predstavljaju evolucijski različite entitete. U San Cristóbalu, ostaci potiču iz pećine u centralnom dijelu ostrva, koju je 1906. godine otkrila ekspedicija. U Santa Feu se godinama mislilo da kosti pripadaju kornjačama koje su donijeli mornari, ali genomska analiza ih svrstava u zasebnu grupu.
Studija također pruža podatke o hibridizaciji. Stoljećima su mornari prevozili kornjače između otoka, prvenstveno radi hrane. Neke životinje su preživjele i razmnožavale se s kornjačama iz drugih populacija, što znači da bi genetski materijal iz izumrlih loza i dalje mogao biti prisutan u današnjim hibridima, slično načinu na koji se neki potomci izumrlih divovskih kornjača vraćaju u Floreanu.
Implikacije za očuvanje
Istraživanje ne predlaže fantaziju o genetskom uskrsnuću, već sugerira da znanje stečeno iz historijskih ostataka može voditi trenutne programe očuvanja. Ako moderna populacija sadrži genetski materijal iz izumrle loze, programi uzgoja u zatočeništvu mogli bi, pod određenim uvjetima, odabrati jedinke i križanja koja omogućavaju očuvanje ili povećanje te genetske raznolikosti.
Alexander Ochoa ističe da bi programi uzgoja koji rade s određenim hibridima mogli doprinijeti oporavku, u budućim generacijama, dijelova genoma koji odgovaraju izumrlim lozama. Međutim, on upozorava da oporavak genetskih fragmenata nije isto što i rekonstrukcija izumrle vrste, niti garantuje da program uzgoja može reproducirati sve njene ekološke, morfološke i genetske karakteristike.
Rad ima dimenziju koja se proteže izvan samih galapagoških kornjača: sugerira da bi se drugi historijski primjerci koji se smatraju previše lošim za određene analize mogli ponovo ispitati. Razvijeni alati nisu korisni samo za otkrivanje izumrlih linija, već bi se mogli primijeniti i na šire inicijative za očuvanje galapagoških kornjača i divljih životinja.
Ukratko, ova studija pokazuje da izumiranje ne eliminiše nužno sve genetske informacije populacije. Čak i ako linija nestane kao zasebna populacija, njen genetski materijal može ostati u drugim životinjama, a uz odgovarajuće tehnike, te informacije se mogu oporaviti i koristiti za bolje razumijevanje evolucije i zaštitu trenutne biološke raznolikosti.
