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基因组学将如何支持大猩猩保护

Illumina iConserve项目正在绘制基因多样性地图,以确定被没收的大猩猩来自哪里,从而提高存活率

基因组学将如何支持大猩猩保护
2022年4月5日

Magdalena Bermejo博士正在刚果共和国热带雨林深处一所50平方米的房子里打电话。她的家和研究站位于Odzala-Kokoua国家公园的西南边界Sabine Plattner非洲慈善组织(SPAC)世界一流野外站网络(WCFS-Network)是为数不多的仍有可能对西部低地高密度大猩猩种群进行大规模研究的地方之一。

这个空间站是Magdalena的永久住所和实验室。Magdalena是SPAC wcfs网络的负责人和首席研究员,她的丈夫German Illera和其他七名科学家。来自布拉柴维尔马里安·恩戈比大学和国际大学的30多名学生、教授和科学家定期访问该站,参与正在进行的支持这种濒危物种生存的研究项目。

Magdalena说:“把灵长类动物学家和遗传学家一起放在实验室里,这对科学和保护是非常重要的。”在保护物种方面,她相信采用多学科的方法,将科学家、学者、环保主义者、当地居民,甚至政治家——所有人都聚集在她广泛的网络中。“机构之间最好是合作,而不是竞争。我们必须为保护数据这一更大的目标而合作,而不是保护数据。”

被列为极度濒危物种国际自然保护联盟(IUCN)在美国,仍有大约36万只西部低地大猩猩生活在野外。然而,偷猎、栖息地破坏和疾病正威胁着它们的生存。尽管有国际保护法律,非法贩运仍在继续。

在西非和中非,有组织的犯罪网络捕获或杀死类人猿,并将它们非法出口,用于消费、私人动物园和战利品。根据联合国教科文组织联合国环境规划署的报告,被盗猿类:黑猩猩、大猩猩、倭黑猩猩和红毛猩猩的非法交易,在六年的时间里,至少有98只大猩猩被从野外带走。2005年至2011年间,有记录显示,超过1808只黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩和红毛猩猩被从野外捕获,用于非法贸易。然而,联合国教科文组织和联合国环境规划署认为,消失的动物数量实际上远远大于记录的数量。由于在捕获一只类人猿的过程中有如此多的类人猿死亡或被杀,据外推估计,在2005年至2011年期间,有多达22218只类人猿失踪。这反过来又意味着对该地区生物多样性的灾难性后果。

对于从偷猎者手中救出并随机安置在保护区的大猩猩来说,结果也可能是毁灭性的。大猩猩有高度结构化的社会行为,经常在被迫与新群体生活时死亡。尤其是幼小的大猩猩,很容易受到压力和疾病的影响。了解大猩猩的原始种群,从而有可能将它们放归野外,这对它们的生存至关重要。

通过安装在树上的摄像机,Magdalena和灵长类动物学家能够观察到每个群体高度复杂的社会行为。这些摄像机能够捕捉到令人难以置信的细节,包括大猩猩之间仅用眼神交流的细微行为。

确定大猩猩的起源种群
今天,Magdalena正在与巴塞罗那庞培法布拉大学比较基因组学小组的负责人Tomas marquis - bonet以及Illumina iConserve项目合作,绘制大猩猩种群在其栖息地范围内的遗传变异图谱。目前,还没有可靠的分子测试来对被没收的大猩猩进行基因分型,也没有方法来确定大猩猩的起源种群。该项目的任务是为所有国家和国家公园的大猩猩创建第一个基因组图谱,以便对未来从野外捕获的大猩猩进行测序,并与它们的原始种群进行匹配。这一工具将有助于将它们重新安置到靠近其来源的保护区,增加成功重新引入其土著群体的机会。

“每年都有成千上万的动物被转移,问题是很难将它们遣返回国,”该项目的首席研究员托马斯说。“没有大猩猩来自哪里的地图集,因为没有法医工具来对这些动物进行地理定位。但大猩猩的统计基因组分布图将使我们看到基因组如何从东到西、从北到南变化。”

大猩猩DNA测序
为了开始建立大猩猩基因变异库,一个由灵长类动物学家组成的全球网络正在以大猩猩粪便的形式提供样本。一些贡献者收集了大量粪便,用于各种目的的研究,而另一些人今年将前往实地获取新鲜样本进行测序。

第一个挑战是从许多不同地点获得数千个样本的后勤工作,第二个挑战是测序技术。而在临床基因组学中,样本通常来自人类血液或组织,DNA是100%的人类,在这个项目中,样本经过动物的消化道,只抽取了少量的细胞。托马斯解释说:“当我们从粪便中提取DNA时,通常只有不到1%是大猩猩的DNA, 99%是细菌的DNA。”为了得到好的结果,他必须在分子实验室中富集大猩猩的DNA。

Magdalena Bermejo博士在不同时期被称为西部低地大猩猩的Jane Goodall和Dian Fossey。在自然资源保护主义者和学者中,她被认为是世界上研究这些动物的权威。Magdalena在SPAC WCFS-Network的工作是由Hasso Plattner基金会资助的。

马格达莱纳和托马斯还有一个目标,就是培训当地的科学家、教授和附近马里恩恩古比大学的学生使用下一代测序(NGS)技术和方法对未来被没收的大猩猩进行测序,使当局能够迅速采取行动。除了通过将类人猿送回它们的原生种群来提高它们的存活率外,基因组图谱还可以帮助当局了解动物被偷猎的地点,从而帮助当地的保护和管理机构进行保护工作。

托马斯说:“像这样的项目是一个前所未有的机会,可以向类人猿群落展示基因组学是一种有效的保护工具。”“这是解决一个多方面问题的另一个角度,即如何保护一个物种。”

Magdalena的团队使用60多个高分辨率相机“陷阱”监测和研究了大约800只西部低地大猩猩。每一群5到30只的大猩猩会在摄像机前呆上2到3个小时——幼猩猩和幼猩猩在摄像机前抚摸、嗅闻、玩耍,成年猩猩则在摄像机前挖树根吃。

利用基因组学影响环境保护
来自托马斯在瑞典乌普萨拉大学、纽约大学、捷克科学院和空间研究中心的合作者的数百个样本目前正在进行测序国家中心Análisis Genómico (CNAG)在巴塞罗那“Illumina iConserve是一个非常具有前瞻性的倡议,”CNAG主任Ivo Gut说。在项目的初始阶段,他在测序困难的样本和制定方案方面提供专业知识。第二阶段将促进该项目在刚果当地继续进行。“我们有能力做基础工作,并将工具交到当地人民手中,利用下游技术来保护和捍卫当地的遗产。”

刚果人支持这项研究和新方法,Magdalena仍在继续教育——甚至是那些在科学界的人。

“当我们网络中的人说,‘为什么是基因组学?这不是我们的专长。“我告诉他们,‘嗯,在我职业生涯的开始,我并没有研究大猩猩的认知神经科学,’”马格达莱纳说。“但我现在知道的是,如果我们不尝试回答更复杂的科学问题,不愿意与国际专家团体合作,那么我们将永远无法对保护这一宏伟物种产生影响。”

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