Почему воробьи выживают там, где другие виды сдаются — ответ оказался в ДНК

Животный мир постоянно приспосабливается к меняющимся условиям, но скорость этих изменений становится всё выше. Рост температур, утрата мест обитания и влияние человека усиливают давление на природные популяции, что подтверждают и модели, показывающие потерю ареалов тысяч видов. Одни виды находят способы выжить, другие — стремительно теряют численность. Учёные стремятся понять, почему так происходит и какую роль в этом играет генетика. Об этом сообщает Норвежский университет науки и технологий (NTNU).

Как генетика помогает понять выживание видов

В NTNU над этой задачей работает междисциплинарная команда, объединяющая математику, биологию и генетику. Исследование ведётся в рамках проекта GPWILD, цель которого — оценить адаптивный эволюционный потенциал видов. Речь идёт о том, насколько организм способен генетически приспосабливаться к изменениям окружающей среды и сохранять устойчивость на длинной дистанции.

Кеннет Аасе, статистик и научный сотрудник кафедры математических наук NTNU, участвует в проекте, анализируя большие массивы данных и разрабатывая методы прогнозирования. Чтобы изучать эволюцию не фрагментарно, а в динамике, исследователям необходимы подробные данные, собранные на протяжении многих поколений.

Почему домашние воробьи стали модельным видом

Уникальную возможность для таких исследований предоставили домашние воробьи, обитающие на островах вдоль побережья Хельгеланда на севере Норвегии. Изоляция островов ограничивает миграцию птиц, благодаря чему различия между популяциями становятся более отчётливыми, а влияние среды — нагляднее.

Кроме того, здесь ведётся длительный индивидуальный мониторинг. Учёные могут отслеживать почти каждую птицу с момента рождения и до конца жизни, что редко возможно в исследованиях дикой природы.

"Поскольку наши островные популяции небольшие и чётко разграниченные, они идеально подходят для исследований. Биологи могут наблюдать почти за всеми воробьями от рождения до смерти", — отметил Кеннет Аасе.

Десятилетия наблюдений и редкие данные

Более 30 лет специалисты биологического факультета NTNU и Центра Гьереволла собирают данные о выживаемости, размножении, размерах тела и генетике этих птиц. Такой массив информации позволяет анализировать, какие факторы влияют на продолжительность жизни и репродуктивный успех, а также сопоставлять генетические изменения с условиями среды.

"Мы собираем эти данные уже более трёх десятилетий. Такие долгосрочные наборы информации редки и чрезвычайно ценны", — подчеркнул Аасе.

В отличие от краткосрочных исследований, этот подход даёт возможность наблюдать эволюционные процессы в реальном времени, на протяжении нескольких поколений.

Геномное прогнозирование и признаки выживания

В своей работе Аасе использует метод геномного прогнозирования. Он связывает генетические маркеры с конкретными физическими признаками — массой тела, длиной крыла или ноги. Вместо ожидания, когда признаки проявятся, учёные оценивают их потенциальное развитие напрямую по данным ДНК, что особенно важно для понимания приспособляемости в изменчивой среде.

"Метод позволяет определить, будет ли у конкретного воробья более высокая или низкая масса тела, что напрямую связано с его шансами на выживание", — пояснил Аасе.

Подобные подходы уже используются в селекции и медицине, но в дикой природе они сталкиваются с дополнительными сложностями из-за разнообразия условий и отсутствия контроля над средой.

Проверка прогнозов между популяциями

В новом исследовании команда проверила, насколько точно работает геномное прогнозирование, если обучать модель на одной популяции воробьёв и применять её к другой, обитающей на соседнем острове. Такой подход может снизить объём полевых работ и расширить масштаб исследований без потери качества данных.

"Это важно для изучения природных процессов более эффективными способами. В некоторых случаях мы можем существенно сократить объём полевых измерений", — отметил Аасе.

Почему внутри одной популяции точность выше

Результаты показали чёткую закономерность: прогнозы оказываются наиболее точными, когда обучение и проверка проводятся в рамках одной популяции. При переносе моделей между разными группами точность заметно снижается, что связано с генетическими и экологическими различиями.

"Мы увидели, что прогнозирование между популяциями работает хуже. Это ожидалось на основе данных из селекции и медицины, но мы первыми подтвердили это для диких животных", — сказал Аасе.

Даже небольшие отличия в частотах аллелей или условиях обитания могут ослабить прогностические модели.

Сложности исследований в дикой природе

Работа с дикими животными сопровождается особыми трудностями. Данные часто оказываются неполными, окружающая среда постоянно меняется, а контролируемые эксперименты невозможны. Кроме того, в природных системах действуют механизмы, связанные с коммуникацией и адаптацией, включая ложные сигналы в живых системах, которые усложняют интерпретацию поведения и выживания.

"Для статистиков одна из главных проблем — неполные полевые данные", — отметил Аасе.

Система наблюдений за воробьями Хельгеланда выгодно выделяется своей тщательностью. Дополнительно Аасе использует компьютерное моделирование и суперкомпьютер NTNU IDUN для проверки статистических моделей в различных сценариях.

Значение исследований для сохранения видов

Дикие популяции по всему миру испытывают всё большее давление из-за изменения климата и трансформации ландшафтов. Понимание генетических и экологических факторов выживания становится ключевым для охраны природы и планирования мер по сохранению биоразнообразия.

По словам Аасе, геномное прогнозирование может помочь оценить устойчивость популяций и поддержать решения о восстановлении или усилении численности видов. Проект GPWILD планирует расширение и включение других животных, включая новые виды птиц и млекопитающих, чтобы лучше понять, как живые системы адаптируются к быстро меняющемуся миру.