Skrzydlata rzeka

Dzienniki wielu wczesnych badaczy zawierają podobne opisy. Gołębie wędrowne musiały przelatywać na wschodnimi Stanami Zjednoczonymi w olbrzymich stadach, odżywiając się po drodze kasztanami i żołędziami. Kiedy Wilson wpatrywał się w stado gołębi wędrownych, próbował ocenić, ile zawierało ptaków. Ocenił szerokość stada na półtora kilometra. Przepływało nad jego głową, jak pierzasta rzeka przez ponad cztery godziny. Na podstawie tych informacji Wilson uznał, że zawierało ponad 2,2 miliarda ptaków – „niemal niepojęte mnóstwo – napisał – a prawdopodobnie, było ich nawet jeszcze więcej”.

W 1914 r. gołębie wędrowne wymarły, prawdopodobnie z powodu polowań na przemysłową skalę. W książce Nature’s Ghosts Mark Barrow pisze, że wytępienie przez nas tak licznego gatunku stanowiło olbrzymi szok – pomogło światu zrozumieć prawdziwą kruchość natury.

Ponieważ gołębie wędrowne zniknęły zanim dojrzała nowoczesna ekologia, naukowcy nie wiedzieli wielo o ich historii. Polegali głównie na doniesieniach świadków takich jak Wilson – doniesieniach, które zachęcały do wniosku o stosunkowo prostej historii: gigantyczne stada gołębi wędrownych, a po nich kilka wypchanych zwłok, zachowanych w muzeum.

W ostatnich dziesięcioleciach jednak niektórzy badacze twierdzili, że historia gołębi wędrownych była bardziej skomplikowana. W 1985 r. na przykład, archeolog William Neumann wskazał, że stanowiska archeologiczne Indian nie zawierają wiele kości gołębi wędrownych. Jeśli przez tysiące lat ptaków było tak wiele, że zasłaniały słońce, można się spodziewać, że Indianie na nich ucztowali. Neumann twierdził, że dziewiętnastowieczne chmary nie odzwierciedlają długotrwałej rzeczywistości gołębi wędrownych.

Obecnie nowe pokolenie naukowców zajęło się tą kwestią mając nowe rodzaje dowodów: DNA. Okazuje się, że niektóre wypchane gołębie przechowywane w muzeach nadal zachowały przyzwoitej wielkości grudki materiału genetycznego.

W tym tygodniu w “Proceedings of the National Academy of Sciences”, Chih-Ming Hung z Krajowego Uniwersytetu na Tajwanie informuje, jak wraz z współpracownikami wydostali DNA z opuszków łap trzech gołębi wędrownych – dwóch złapanych w Minnesocie i jednego w Pensylwanii. Udało im się zdobyć od 57 do 75% całego genomu każdego z ptaków.

Kiedy naukowcy mają możliwość badania tak dużej ilości DNA zwierzęcia, mogą dowiedzieć się wielu rzeczy. Na przykład, mogą dowiedzieć się, jak duża była w przeszłości populacja jego przodków.

Naukowcy mogą tego dokonać dzięki zmianom w genach każdego zwierzęcia. Jeśli porównujesz gen kolagenu w twoim DNA z genem innego człowieka, mogą one nieco się różnić. Jest tak, ponieważ w genie zebrały się mutacje, kiedy jego kopia przechodziła z pokolenia na pokolenie.

W dużej populacji będzie wiele tych wariantów, które przejdą do przyszłych pokoleń. Z drugiej strony, mała populacja nie ma wystarczającej wielkości, by zawierać wiele wariantów. Osobniki w tej populacji przekażą swoim potomkom skromniejsze zróżnicowanie.

Zróżnicowanie genetyczne w dzisiejszej populacji może służyć jako wskazówka do jej wielkości w przeszłości. Nawet jeśli później rozrasta się do olbrzymich proporcji, nadal może mieć niewielką ilość wariantów, ponieważ jej początki były tak skromne.

Ściśle mówiąc, naukowcy nie mogą w ten sposób mierzyć prawdziwej wielkości prastarej populacji. Tylko część osobników w każdym pokoleniu rozmnaża się, więc możemy patrzeć tylko na zmienność w ich genach. Naukowcy mówią o tej mniejszej grupie rozmnażających się jako o „efektywnej wielkości populacji”.  Znajomość efektywnej wielkości populacji przydaje się jednak, ponieważ może służyć jako przybliżona wskazówka prawdziwej wielkości populacji. (Na ogół efektywna wielkość populacji wynosi około jednej dziesiątej prawdziwej populacji.)

Kiedy naukowcy zaczęli mierzyć wielkość populacji efektywnej, robili to przez porównywanie  danego genu u wielu osobników. W ostatnich latach wymyślili sprytny trick: obecnie mogą ocenić wielkość populacji efektywnej przez obejrzenie wielu genów niewielu osobników.  Jeśli wiele tych genów różni się u badanych osobników, ich różnice mówią naukowcom, że te zwierzęta pochodzą z populacji, która w przeszłości była duża. Jeśli geny są bardzo podobne, populacja była mała.

Szczególnie godne uwagi w tej metodzie jest to, że pozwala naukowcom śledzić wielkość populacji w czasie. Jest tak, ponieważ naukowcy mogą porównać, jak dawno temu powstały warianty każdego genu po wspólnym przodku. Jeśli wiele wariantów genu można prześledzić wstecz do tego samego czasu, sugeruje to, że populacja była wówczas mała. W 2011 r. Heng Li i Richard Durbin z Wellcome Trust Sanger Institute użyli tej metody do zrekonstruowania historii ludzkości z sześciu tylko genomów. Stwierdzili, że populacje ludzkie skurczyły się drastycznie między 50 a 20 tysięcy lat temu, a potem niezwykle się rozrosły.

Obecnie Hung z kolegami użyli tej samej metody do prześledzenia dziejów populacji gołębi wędrownych. Niespodziewanie stwierdzili, że przeciętna wielkość populacji efektywnej wynosiła na długą metę tylko 330 tysięcy ptaków. Naukowcy ocenili, że w XIX wieku populacja gołębi wędrownych wynosiła między 3 a 5 miliardów ptaków. Innymi słowy, wielkość populacji efektywnej jest tysiąc razy mniejsza niż spodziewana.

To niedopasowanie sugeruje, że w jakimś punkcie w przeszłości populacja gołębi wędrownych była znacznie mniejsza. Kiedy zaś Hung z kolegami zrekonstruowali historię populacji gołębi wędrownych, stwierdzili, że te ptaki istotnie przechodziły olbrzymie fluktuacje. Około 120 tysięcy lat temu gołębi było pełno, ale skurczyły się do małej populacji 21 tysięcy lat temu. Odbiły się z powrotem po ostatniej epoce lodowej, osiągając szczyt około 9 tysięcy lat temu. Od tego czasu powoli chyliły się ku upadkowi.

Ten wzór zupełnie dobrze pasuje do historii epok lodowych. Około 120 tysięcy lat temu klimat był ciepły, lodowce były w stanie minimalnym, a lasy rozprzestrzeniały się na całym obszarze Ameryki Północnej. 21 tysięcy lat temu lód pokrywał wielką część dawnego terytorium gołębi wędrownych, a wielka część pozostałego środowiska nie pozwalała przetrwać dębom i kasztanowcom, od których zależał pokarm tym ptaków. Kiedy lodowce cofnęły się, powrócił las, a wraz z nim powróciły ptaki.

Hung z kolegami twierdzą jednak, że te długoterminowe zmiany klimatu są tylko częścią wyjaśnienia małej wielkości populacji efektywnej gołębi wędrownych. Ich zdaniem ptaki były jak szarańcza, szybko rozrastająca się w fazę stadną populacja, kiedy żywności jest pod dostatkiem, i przechodząca załamanie, kiedy nadchodzą złe czasy. (Prawdziwa szarańcza może sięgnąć 100 miliardów, ale wielkość jej populacji efektywnej wynosi zaledwie pół miliona.)

W tym badaniu Hung z kolegami doszli do podobnego do wniosku jak Neumann. Olbrzymie stada, które przyrodnicy tacy jak Wilson widzieli w XIX wieku, nie były niezmienną cechą krajobrazu preindustrialnej Ameryki. Zamiast tego Wilson po prostu mógł być świadkiem fazy stadnej ptaków.

Jest także możliwe, że osadnicy z Europy mogli być odpowiedzialni za ten wysyp ptaków. Indianie mogli utrzymywać niskie poziomy populacji gołębi wędrownych polowaniem i zbieraniem żołędzi i kasztanów. Spychając Indian z ich ziem Europejczycy mogli pozwolić na wzrost liczby ptaków - i pomóc im jeszcze bardziej przez sadzenie roślin, którymi ptaki mogły się odżywiać.

Kiedy badacze zestawiają DNA gołębia wędrownego, przybliżają także potencjalne wskrzeszenie tego ptaka. Jak opisałem w ubiegłym roku w “National Geographic”, teoretycznie mogą użyć genomu blisko spokrewnionego gatunku, gołębia pręgosternego, jako rusztowania do modyfikacji ich DNA i wstawienia specyficznych mutacji gołębia wędrownego. Ben Novak z University of California at Santa Cruz wyjaśnił w tym wideo TEDx, jak następnie możliwe będzie hodowanie ptaków z tym DNA, aż będą wyglądać - a może także zachowywać się – jak dawne gołębie wędrowne.

Kliknij, żeby powiekszyć

Nowe badanie Hunga (i podobne badanie przeprowadzone przez Novaka i jego kolegów) sugeruje, że naukowcy mogą być w stanie postawić gołębia wędrownego z powrotem na nogi bez tworzenia miliardowych stad, jakie widział Wilson. Choć czasami ich liczebność bardzo spadała, gołębie wędrowne przetrwały tysiące lat zanim ludzie zaczęli strzelać do nich z broni palnej.

Z drugiej strony, gdybyśmy przywrócili gołębie wędrowne do życia, mogłyby nie pozostać na jakimś stałym poziomie populacji. Gdyby warunki były właściwe, mogłyby eksplodować do bardzo dużej liczby. A gdybyśmy im utrudnili życie – na przykład przez zmianę klimatyczną – jest możliwe, ze znowu zmniejszylibyśmy ich liczbę. Gołębie wędrowne mogą dobrze udawać tornado, ale nadal są niezmiernie zależne od ekosystemu.

The feathered river

The Loom, 16 czerwca 2014

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska