Как перенос резервуара с жидким азотом в Амазонку помог спровоцировать генетическую революцию в орнитологии

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ЕСТЕСТВЕННОЙ ИСТОРИИ

Почти 40 лет назад зоолог Смитсоновского института Гэри Грейвс собрал в джунглях образцы тканей, которые легли в основу музейной коллекции ДНК.

Джек Тамисия

В 1986 году орнитолог Гэри Грейвс и группа биологов Смитсоновского института спустились в отдаленный участок бразильского бассейна Амазонки в поисках птиц. В течение следующих семи недель Грейвс заболел малярией, купался в притоках, кишащих пираньями, и пережил множество других невзгод, которые веками преследовали исследователей этого региона.

Но птицы того стоили. В тропических лесах Амазонки обитает более 1500 видов птиц, в том числе разноцветные ара, ширококлювые туканы, лучистые трогоны и здоровенные орлы-гарпии. Грейвс собрал образцы сердца, печени и мышц у разных птиц, с которыми он столкнулся во время экспедиции. Чтобы образцы тканей оставались прохладными в душной пустыне, он хранил их в резервуаре с жидким азотом, который притащил в Амазонку.

Грейвс, ныне куратор отдела птиц в Национальном музее естественной истории, собрал в джунглях золотую жилу генетических данных. Он планировал анализировать экстракты тканей с помощью электрофореза белков — современной на тот момент технологии разделения белков по размеру с помощью электрического заряда. В 1986 году еще не были изобретены глубокие лабораторные методы секвенирования ДНК.

Отсутствие доступных и точных методов секвенирования генома скрывало истинную ценность этих образцов на десятилетия. Но по мере совершенствования процессов секвенирования ДНК Грейвс и его коллеги, наконец, смогли осознать научный потенциал образцов, собранных в той роковой экспедиции: «Вы бы никогда не догадались, что эти маленькие пробирки с замороженной тканью, которые я привозил почти всю свою жизнь, назад в конечном итоге будет полезен для чего-то подобного», — сказал Грейвс.

Сегодня на Земле не может быть большего хранилища ДНК, чем Национальный музей естественной истории.

За годы, прошедшие с момента запуска проекта B10K в 2015 году, Грейвс и его коллеги опубликовали множество статей, в которых описываются геномы около 363 видов птиц и их количество увеличивается. Каждый из этих наборов генетических данных публично доступен исследователям всего мира для использования в своих исследованиях. Создавая этот обширный генетический архив, исследователи B10K смогли задать масштабные вопросы о том, как птицы реагировали на прошлые изменения окружающей среды, что может дать подсказку о том, как пернатая фауна будет жить в будущем.

За последние несколько месяцев Грейвс и его коллеги опубликовали пару статей в журналах «Труды Национальной академии наук» и «Экология и эволюция природы», в которых с помощью генетики делают выводы о том, как 263 различных вида птиц отреагировали на изменение климата за последний миллион лет. Команда измерила такие характеристики, как размер тела, количество яиц и длина клюва, у разных видов птиц. Затем они использовали генетические данные, чтобы смоделировать, как популяция каждой птицы колебалась за последний миллион лет.

По словам Грейвса, это позволило им сделать наблюдения о том, какие черты полезны в конкретных климатических условиях. «Это способ получить представление о том, чего мы можем ожидать, если земля нагреется или остынет до уровня, наблюдавшегося в далеком прошлом, и как это может повлиять на эти сообщества птиц», — сказал Грейвс. «Если мы знаем, что произошло в прошлом, мы сможем предсказать, чего ожидать в будущем». Например, они обнаружили, что птицам с крупным телом пришлось пережить интенсивное потепление примерно 130 000 лет назад, которое в значительной степени принесло пользу более мелким птицам.

По мнению Грейвса, вопросы, на которые можно ответить, используя эти наборы генетических данных, безграничны. Поскольку геномы более чем 2000 дополнительных видов в настоящее время находятся на этапе секвенирования, его совместная команда планирует включить в эти модели еще больше видов, чтобы обеспечить основу для будущего всего, от дроф до зебровых амадин во всем мире.