独特适应湾区沼泽的麻雀正在失去其独特性
旧金山湾区的温和气候一直吸引着移民——动物和人类——这对已经居住在该地区的人们产生了不可预测的影响。
对于海湾的萨凡纳麻雀(一种生活在咸潮沼泽中的亚种)来说，过去一个世纪其内陆近亲移民的增加无疑是个坏消息。
对来自该州各地的萨凡纳麻雀 ( Passerculus三明治)进行的一项新基因组分析显示，在过去的 128 年里，其中许多早在 1889 年就已收集，它们的毛皮存放在加州大学伯克利分校脊椎动物学博物馆中。湾区麻雀对咸水的适应能力因与适应淡水的内陆麻雀杂交而减弱。
结果是加州北部和中部沿海萨凡纳麻雀的遗传多样性水平保持稳定，但使它们适应潮汐沼泽的遗传变异却消失了。这可能会影响这种鸟在潮汐沼泽中生存的能力，因为它以咸水和咸甲壳类动物为食，而淡水鸟不适应这些。
这一令人惊讶的发现上周发表在《全球变化生物学》杂志上，部分原因是全州范围内潮汐沼泽的急剧减少，潮汐沼泽是受到咸海水潮汐涌入的湿地。自 1800 年代以来，湾区的潮汐沼泽地减少了 90%，这使得萨凡纳麻雀的数量减少到与移民杂交的程度，影响了它们独特的咸水适应能力。
Phred Benham 说：“从加州东部流向湾区等地的基因流动水平似乎在不断增加，这可能是因为当地人口成为了一个汇合区，当地的饲养者无法真正产生足够的后代来维持种群数量。”加州大学伯克利分校的博士后研究员，也是该研究的领导者。“因此，来自其他人群的移民涌入。移民认为这是一个停留的好地方，并试图建立巢穴，这就是基因流入居民体内的机会。”
从适应淡水的麻雀到适应咸水的麻雀的基因流动意味着，允许潮汐沼泽麻雀在高盐环境中生存的基因变异或等位基因——例如通过产生更大的肾脏——正在消失。
加州大学伯克利分校综合生物学教授兼博物馆鸟类馆长劳里·鲍伊 (Rauri Bowie) 表示：“草原仍然广阔的内陆地区孕育着大量此类鸟类，它们必须去某个地方。因此，湾区是一个目的地。”脊椎动物学(MVZ)。“它们进来了，但它们不适合在那种环境中繁殖。所以它们表现得不好，它们正在将适应不良的等位基因——适应淡水的等位基因引入适应咸水的种群中。其中一些沿海种群濒临灭绝。如果你去这些栖息地，你会看到很多萨凡纳麻雀，但在这些特殊的环境中，幕后发生的事情要复杂得多。”
特别关注的亚种
鲍伊说，北美地区有 17 个公认的亚种，萨凡纳麻雀很常见。但适应生活在咸水沼泽地的稀有亚种被认为受到威胁。其中两种出现在加利福尼亚州，一种是北方亚种(P. s. alaudinus)，被该州列为“特别关注的物种”，另一种是联邦保护的南方亚种，称为贝尔丁草原麻雀(P. s. beldingi)，发生在墨西哥圣地亚哥和蒂华纳附近。
贝纳姆指出，对于北部沼泽地亚种来说，好消息是旧金山湾河口周围的潮汐湿地受到保护并不断增长，这可能使沿海萨凡纳麻雀的数量增加。
“湾区正在进行大量的潮汐恢复工作，而萨凡纳麻雀并不是唯一依赖于此的物种。湾区最濒临灭绝的物种之一是盐沼收获鼠。有很多联邦资金用于保护它们的栖息地，我认为这最终将使萨凡纳麻雀受益，”他说。“我认为十年后重新审视这些种群，看看这种趋势是否仍在持续，或者潮汐沼泽的恢复是否让当地人重新建立了他们的种群和地位，这真是太好了。”
鲍伊说，对移民麻雀的持续监测“将让人了解这种基因淹没是否仍在继续，以及发生的速度有多快。我希望随着沼泽的恢复，这种情况会得到缓解。但我们不知道这一点。 ”
本纳姆和鲍伊在纽约伊萨卡康奈尔大学鸟类学实验室詹妮弗·沃尔什的协助下，着手提出一个重要的进化问题：栖息地丧失如何影响占据该栖息地的动物的遗传多样性?
“我们想测试一个非常简单的预测，即与栖息地丧失相关的遗传多样性减少，”贝纳姆说。
为了进行基因分析，Benham 获取了 1889 年至 2017 年间在该州捕获的萨凡纳麻雀的 DNA 样本。为了从博物馆样本中获取 DNA，他从鸟类的趾垫上刮取了皮肤细胞。为了进行比较，他收集了过去十年来研究湾区周围萨凡纳麻雀种群时遇到的活鸟的血液或组织样本，以获取博士学位。蒙大拿大学的论文。
他使用一种称为外显子组捕获的技术，对 219 个个体的 DNA 进行了分析，并寻找 DNA 区域中的遗传变异，这些区域之前被认为对沼泽地麻雀的咸水适应很重要。其中一些适应性是他在研究这些萨凡纳麻雀时发现的。例如，它们的肾脏不仅更大，因此能够从鸟类的尿素中去除更多的盐，而且它们的皮肤对水的渗透性更差。为了弥补对蒸发冷却(如出汗)散热的依赖减少，它们的喙变得更大，这使得更多的热量从流经的血液中散失。所有这些适应都弥补了这样一个事实：鸣禽从未进化出其他海边鸟类常见的解决方案——通过鼻腺排出多余盐分的能力。
研究人员发现，南加州亚种贝尔丁草原麻雀的遗传多样性略有下降，但即使在 1880 年代也很低。
然而，北加州亚种的遗传多样性在过去一个世纪中仍然相对较高，这可能是由于来自内陆地区的移民所致。但这种迁移导致基因组区域中涉及咸水适应的基因等位基因更像是淡水适应麻雀中发现的等位基因。
鲍伊指出，这些结果引发了当今保护生物学领域的一场重大争论——通过与相关种群繁殖来支持小型、受威胁的近交种群是否明智。就萨凡纳麻雀而言，这种近亲繁殖降低了对环境的适应能力。
“在这里，我们表明，如果基因流动发生在这些陡峭的环境梯度上，它可能会对当地人口产生重大的负面影响，”贝纳姆说。
“要证明近亲繁殖的影响实际上是一件相当困难的事情，”鲍伊强调说。“获得海湾盐沼改造之前的博物馆标本历史系列，并与现代鸟类进行比较，可以帮助你证明远交衰退对种群产生了重大影响。遗传多样性看起来很棒，但它掩盖了这一点近交抑郁效应。”
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