古基因组学视角下的美洲野牛的衰落、恢复与管理

《SCIENCE》：Paleogenomic insight into the collapse, recovery, and management of American bison

　　

编辑总结

美洲野牛曾经是北美洲的自然力量，与原住民共同生活了数千年。欧洲殖民者通过各种方式大量捕杀这种动物，使得野牛数量从数千万减少到19世纪末仅剩数百头。此后，部分野牛种群开始恢复，但仍然处于严格管理之下。奥本海默等人对北美洲的古代和现代野牛进行了基因测序，发现过去的野牛种群之间有着紧密的联系，这与如今的管控方式截然不同。此外，尽管人们担心野牛会与牛杂交，但研究并未发现太多相关证据。这些研究成果可为未来的野牛保护工作提供指导。——萨沙·维尼耶里

结构化摘要

引言

美洲野牛（Bison bison）在20世纪几乎面临灭绝的危险，短短几十年间，其数量从数百万减少到几百头。虽然该物种目前没有立即灭绝的风险，但曾经的种群衰退以及后续的恢复和管理过程，为野牛留下了复杂的基因组特征。古基因组学技术能够直接重建这些事件发生前、中、后的野牛种群历史，从而为野牛管理提供依据。

研究目的

野牛数量的衰退与恢复对其种群结构、遗传多样性以及种内和种间基因流动产生了多方面影响。为了结合这些因素了解当前野牛的多样性状况，我们对过去约2万年的115个古代野牛基因组和45个现代野牛基因组进行了测序。通过这些基因组，我们了解了野牛在数量衰退前的种群历史，以及这一时期北美洲野牛的基因结构变化情况。我们还重建了野牛种群崩溃的时间和动态，分析了其对多样性及种群特有基因漂变的影响。最后，我们研究了等位基因共享模式，并利用古代野牛数据推断局部祖先来源，以了解近期人类活动导致的野牛亚种与牛之间的基因流动情况。

研究结果

在整个全新世期间，北美洲的野牛种群之间存在着联系，这与如今基因差异较大的野牛群落形成鲜明对比。通过对野牛种群历史的重建，我们发现森林野牛和平原野牛的数量都下降了数个数量级，到20世纪初已降至最低水平，不过不同亚种的衰退时间有所差异。尽管数量有所下降，野牛的遗传多样性依然保持稳定，只是后续的基因漂变和隔离导致了如今野牛群落的高度分化。古代森林野牛的基因组显示，各亚种的分化发生在全新世中期，而且所有现代森林野牛都携带有20世纪20年代从平原野牛引入伍德布法罗国家公园的基因。局部祖先推断结果显示，牛的基因混合程度比之前认为的要低，无论是在单个个体内部还是不同野牛群落之间都是如此。在所检测的野牛中，67%没有牛的基因痕迹，其中包括黄石国家公园的所有森林野牛，它们完全不存在牛的基因。即便存在牛的基因，其占比通常也低于1%。

结论

我们的研究结果揭示了过去几个世纪中人类活动对野牛的多方面影响。一些原本预计会出现的后果，比如遗传多样性的广泛丧失以及牛基因的普遍混合，实际上并没有之前认为的那么严重。而如今野牛种群的高度碎片化则是过去与现在野牛最明显的差异。如果将作为集合种群管理的野牛群落之间恢复基因流动，就能更接近过去的种群结构，同时有助于维持遗传多样性，避免牛的基因固定下来。这项研究充分体现了大规模古DNA分析在了解人类近期对野生动物的影响以及指导保护工作方面的作用。

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古代基因组揭示了自末次冰盛期以来的美洲野牛种群历史。

末次冰盛期之后，野牛种群之间是相连的，不过森林野牛是在全新世中期才出现。森林野牛和平原野牛在19世纪都经历了急剧的数量下降，从而导致如今野牛群落变得碎片化且存在明显差异。所有森林野牛都携带有一定程度的平原野牛基因。不过，并非所有野牛都有牛的基因，即便存在，比例也很低。

摘要

美洲野牛（Bison bison）在20世纪几乎被猎杀至灭绝。这种快速的数量下降以及剩余种群的分散状态，给它们的恢复和生存能力带来了挑战，此外，野牛亚种与牛（Bos taurus）之间的基因混合也加剧了这些问题。为了了解当前野牛的多样性状况，我们对过去约2万年的115个古代野牛基因组和45个现代野牛基因组进行了测序。研究结果表明，过去的野牛种群之间是相互关联的，这与如今结构分明的野牛群落不同。分布于北方的现代森林野牛（B. b. athabascae）携带有20世纪20年代从平原野牛引入的基因，而许多被检测的野牛则没有牛的基因。我们的研究发现揭示了人类活动对野牛的影响，同时也体现了古DNA技术在指导野生动物保护工作方面的应用价值。