Zróżnicowanie genetyczne i wybiórczość środowiskowa jelenia szlachetnego (Cervus elaphus) w Europie i Azji w późnym plejstocenie i holocenie

Tło badań

Wiedza na temat filogeografii jelenia w Europie została ukształtowana na podstawie analiz DNA współczesnych jeleni. Wiele badań pokazuje, że wnioski na temat historii ewolucji, wyciągnięte na podstawie danych paleontologicznych i analiz molekularnych współczesnych populacji, nie zawsze są zgodne, dlatego istotne jest uwzględnienie w badaniach kopalnego DNA (aDNA). Analizy aDNA jeleni (Meiri  i in. 2013), a także dane paleontologiczne (Sommer i in. 2008) wskazują, że jelenie przetrwały maksimum ostatniego zlodowacenia także w rejonach położonych poza południowymi refugiami, m.in. w południowej Anglii, Mołdawii i Francji. Meiri i in. (2013) badali szczątki kopalne jeleni zebrane głównie z obszaru Europy zachodniej i południowej, natomiast ich analizy nie objęły znacznej części centralnej i wschodniej Europy. Nasze badania mają właśnie objąć głównie te obszary Europy, dla których brakuje takich danych. Spodziewamy się, że w Europie centralnej i wschodniej mogły istnieć w czasie ostatniego zlodowacenia refugia, istotne dla przetrwania dużych ssaków kopytnych takich jak jelenie, a także mające znaczenie w wyjaśnianiu obecnie obserwowanego wzorca zróżnicowania genetycznego tego gatunku. Badania kopalnego DNA jeleni znalezionych na Krymie wskazują, że rozmieszczenie różnych linii genetycznych jeleni w przeszłości ulegało zmianom i było odmienne od tego, które obserwujemy współcześnie (Stanković i in. 2011). Zasięg jeleni azjatyckich sięgał co najmniej do Półwyspu Krymskiego (Stanković i in. 2011), a jelenie z linii występującej współcześnie w Europie środkowo-wschodniej  zamieszkiwały Wyspy Brytyjskie i Półwysep Iberyjski (Meiri i in. 2013). Brakuje również danych pozwalających na odtworzenie dróg rekolonizacji postglacjalnej azjatyckich jeleni. Dlatego też w niniejszych badaniach planujemy także przeanalizować próby plejstoceńskich i holoceńskich  jeleni z Azji.

Poza ewolucją w różnych refugiach oraz rekolonizacją postglacjalną także działalność człowieka miała wpływ na współczesną filogeografię i zróżnicowanie populacji jelenia w Europie (Niedziałkowska i in. 2011, 2012). Jedynym sposobem, aby poznać wpływ człowieka są analizy DNA kopalnego jeleni sprzed XVIII i XIX wieku, kiedy to gatunek ten wyginął w na znacznych obszarach Europy centralnej i wschodniej (Niedziałkowska i in. 2011).

Cel projektu

Głównym celem planowanego projektu jest poznanie zróżnicowania genetycznego dawnych populacji jelenia (Cervus elaphus) w Europie oraz czynników, które na nie wpływały. Chcemy określić, jaką rolę w kształtowaniu obecnego zróżnicowania genetycznego jelenia odgrywały różne glacjalne refugia oraz w jaki sposób gatunek ten rekolonizował obszar Europy po ustąpieniu lodowca. W naszych badaniach planujemy skoncentrować się głównie na obszarach położonych w północnej, centralnej i wschodniej części kontynentu, na których historia populacji jelenia nie została dostatecznie poznana. Zróżnicowanie genetyczne i zasięg populacji jelenia będzie porównywany z warunkami klimatycznymi i środowiskowymi, jakie występowały na obszarach zamieszkiwanych przez te populacje. Warunki te będą rekonstruowane w oparciu o analizy izotopów węgla i azotu, dane paleontologicze i geologiczne oraz dane literaturowe. Ze zmianami klimatu i środowisk, jakie występowały w późnym plejstocenie i holocenie w Europie korelowane będzie także różnicowanie się populacji jelenia na poszczególne linie filogenetyczne. Celem naszego projektu jest również oszacowanie, jaki wpływ na obecnie obserwowane zróżnicowanie genetyczne jelenia miała działalność człowieka w czasach historycznych. Zróżnicowanie genetyczne jelenia europejskiego porównamy ze zróżnicowaniem jelenia azjatyckiego, aby zweryfikować hipotezę o azjatyckim pochodzeniu jelenia występującego na terenie Europy.

Metodyka

Materiały kopalne oraz informacje na temat ich pochodzenia będą zbierane z różnych kolekcji ssaków zgromadzonych w muzeach i instytucjach naukowych w Europie. Zebrany materiał będzie przeanalizowany morformetrycznie przez paleozoologów z Uniwersytetu Wrocławskiego. Następnie z najlepiej zachowanych kości i zębów jeleni zostaną pobrane fragmenty do analiz genetycznych, izotopowych i datowania. Analizy DNA wyizolowanego z pobranego materiału będą polegały na sekwencjonowaniu fragmentu mtDNA (cytochromu b i pętli D) w laboratorium przeznaczonym wyłącznie do analiz antycznego DNA i znajdującym się w Instytucie Genetyki i Biotechnologii Uniwersytetu Warszawskiego w Warszawie. Analizy filogenetyczne sekwencji DNA uzyskanych w ramach planowanego projektu, a także pozyskane z bazy NCBI (GenBank) zostaną wykonane w Instytucie Biologii Ssaków PAN w Białowieży oraz w Zakładzie Genomiki Uniwersytetu Wrocławskiego we Wrocławiu. Próby, dla których uzyskamy wyniki analiz DNA zostaną poddane analizie na zawartość izotopów węgla i azotu, a część z nich zostanie również wydatowana metodą radiowęglową (¹⁴C AMS). Analizy te zostaną przeprowadzone w laboratoriach wyspecjalizowanych w tego typu analizach na zasadach komercyjnych.

Projekt jest zrealizowany w ramach współpracy naukowej między Instytutem  Biologii Ssaków PAN, Instytutem Genetyki i Biotechnologii Uniwersytetu Warszawskiego oraz Zakładem Genomiki Uniwersytetu Wrocławskiego. Instytucja partnerską w tym projekcie jest Muzeum Historii Naturalnej w Wiedniu (Austria).

Hipotezy/oczekiwane wyniki

Wyniki naszych analiz i porównanie ich z wynikami uzyskanymi w naszych wcześniejszych badaniach oraz rezultatami badań znanych z literatury, pozwolą na: (1) zidentyfikowanie wszystkich refugiów glacjalnych tego gatunku, (2) określenie, jaki był ich wpływ na obecnie obserwowane rozmieszczenie różnych linii filogenetycznych jelenia, a także (3) rekonstrukcję jego postglacjalnych dróg rekolonizacji Europy. Wyniki naszych badań pozwolą również na określenie roli jaką pełnił człowiek w kształtowaniu obecnego zróżnicowania genetycznego populacji jeleni.

Podstawowa literatura

Drucker D, Bocherens H, Bridault A, Billiou D (2003) Carbon and nitrogen isotopic composition of red deer (Cervus elaphus) collagen as a tool for tracking palaeoenvironmental change during the Late-Glacial and Early Holocene in the northern Jura (France). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 195, 375-388.

Geist V (1998) Deer of the world: their evolution, behaviour and ecology Stackpole Books.

Hewitt G (1999) Post‐glacial re‐colonization of European biota. Biological Journal of the Linnean Society, 68, 87-112.

 Ludt CJ, Schroeder W, Rottmann O, Kuehn R (2004) Mitochondrial DNA phylogeography of red deer (Cervus elaphus). Molecular Phylogenetics and Evolution, 31, 1064-1083.

Meiri M, Lister AM, Higham TF, et al (2013) Late‐glacial recolonization and phylogeography of European red deer (Cervus elaphus L.). Molecular Ecology, 22, 4711-4722.

Niedziałkowska M, Jędrzejewska B, Honnen A, et al (2011) Molecular biogeography of red deer Cervus elaphus from eastern Europe: insights from mitochondrial DNA sequences. Acta Theriologica, 56, 1-12.

 Niedziałkowska M, Jędrzejewska B, Wójcik JM, Goodman SJ (2012) Genetic structure of red deer population in northeastern Poland in relation to the history of human interventions. The Journal of Wildlife Management, 76, 1264-1276.

.Skog A, Zachos F, Rueness E, et al (2009) Phylogeography of red deer (Cervus elaphus) in Europe. Journal of Biogeography, 36, 66-77.

 Sommer R, Nadachowski A (2006) Glacial refugia of mammals in Europe: evidence from fossil records. Mammal Review, 36, 251-265.

Sommer R, Zachos F, Street M, Jöris O, Skog A, Benecke N (2008) Late Quaternary distribution dynamics and phylogeography of the red deer (Cervus elaphus) in Europe. Quaternary Science Reviews, 27, 714-733.

Stanković A, Doan K, Mackiewicz P, et al (2011) First ancient DNA sequences of the Late Pleistocene red  deer (Cervus elaphus) from the Crimea, Ukraine.Quaternary International, 245, 262-267.

Informacja dla wolontariuszy

Brak możliwości wolontariatu