Genomische Erkenntnisse enthüllen die Evolutionsgeschichte des Nebelparders und informieren über den Naturschutz

Sowohl ökologisch als auch morphologisch sind die Nebelparder bekannt als Neofelis nebulosa sind eine eigenständige Abstammungslinie von Großkatzen. Diese Arten sind durch menschliche Aktivitäten, gezielte Jagd und Lebensraumverlust bedroht. Evolutionsbiologen versuchen, die Genetik der Arten und ihre Entwicklung durch wirksame Erhaltungsmaßnahmen zu verstehen.

In einem neue Studie jetzt veröffentlicht in Wissenschaftliche FortschritteJiaqing Yuan und ein Team von Wissenschaftlern aus den Bereichen Biowissenschaften, Geowissenschaften, Naturwissenschaften, Genetik und integrative Biowissenschaften in China, den USA und dem Vereinigten Königreich beschrieben eine umfassende Untersuchung ganzer Genome, Populationsgenetik und adaptiver Evolution von Neofelis.

Die Gattung Neofelis entstand während der Pleistozänwas mit eiszeitbedingten Klimaveränderungen zusammenfiel, die zur Bildung von Savannen und Regenwäldern führten.

Diese klimatischen Auswirkungen führten zu einer natürlichen Selektion im Zusammenhang mit Genen, die bei den Nebelparderarten für Zähne, Pigmentierung und Schwanzentwicklung funktionieren. Während Populationsrückgang und Kreuzung zu einer verringerten genetischen Vielfalt führten, wirkten sich die schädlichen Genvarianten auf die Artenreproduktion aus, was die Bedeutung wirksamer Erhaltungsbemühungen unterstreicht.

Nebelparder auf dem Festland

Neofelis nebulosa und Neofelis diardi sind zwei noch existierende Nebelparderarten, die die nächsten lebenden Verwandten der fünf Großkatzen der Gattung Panthera sind die Unterfamilie Pantherinae. Da Nebelparder stark an einen Baumlebensstil angepasst sind, haben sie breite Pfoten und einen langen Schwanz für das Gleichgewicht sowie flexible Knöchel kopfüber Bäume hinuntersteigen. Diese Arten haben im Verhältnis zur Körpergröße die größten oberen Eckzähne mit Eckzähnen in ähnlichem Verhältnis zu denen von Säbelzahnkatzen. Trotz ihrer großen oberen Eckzähne töten Nebelparder ihre Beute nicht wie Säbelzahntiger, sondern nutzen einen zermalmenden Nackenbiss.

Die Art ist in Südasien endemisch, vom Himalaya bis nach Sundaland. Obwohl angenommen wird, dass es sich um eine monospezifische Gattung handelt, umfasst Neofelis zwei Arten. Der Festland-Nebelparder N. nebulosa ist in Nepal, Indien und Südchina verbreitet; und der Sunda-Nebelparder, der derzeit auf den beiden Inseln Borneo und Sumatra lebt. Die beiden Arten gelten als gefährdet und kommen nur in tropischen Wäldern vor – ihr Lebensraum ist in den letzten zwei Jahrzehnten um 30 % verloren gegangen.

Generierung eines Referenzgenoms

In dieser Studie erstellten Yuan und Kollegen ein Referenzgenom des Festland-Nebelparders auf Chromosomenebene, um vergleichende Genomanalysen durchzuführen, die darauf abzielten, genomische Signaturen aufzudecken, die den morphologischen Anpassungen beider Arten zugrunde liegen. Sie rekonstruierten die demografische Geschichte der Organismen, um die Populationsengpässe im Zusammenhang mit der Artenherkunft und paläoklimatischen Veränderungen zu untersuchen.

In der Arbeit wurde außerdem die abnehmende genetische Vielfalt der Art und die Anhäufung schädlicher Mutationen hervorgehoben, um das effektive Management der Art in freier Wildbahn und in Gehegen zu verstehen.

Genomische Daten

Die Forscher sequenzierten das Genom des weiblichen N. nebulosa und das Genom eines weiblichen N. diardi, um Einblicke in die Evolutionsgeschichte der Nebelpardergenetik zu gewinnen. Das Team schloss Genomvergleiche zwischen dem Festland-Nebelparder und der Hauskatze Felis catus ein. Anschließend richteten sie das Genom von N. nebulosa mit drei Panthera-Arten ab – Tiger, Löwe, Leopard und einer Hauskatze als Außengruppe.

Die Ergebnisse zeigten, dass eine Divergenz zwischen Neofelis und Panthera aufgetreten war vor etwa 6,19 Millionen Jahren. Es scheint, dass die schnelle Diversität der Pflanzenfresserpopulationen zur Entwicklung großer Fleischfresser bei Säugetieren geführt hat, einschließlich reichlich vorhandener Nahrungsquellen.

Das Team führte die Divergenzzeit von Neofelis auf Gletscherbewegungen im frühen Pleistozän zurück, als schrumpfende Regenwälder durch Savannen neben feuchten, begrenzten tropischen Wäldern ersetzt wurden. Die phylogenomischen Ergebnisse deuteten auf eine starke genetische Isolierung des Nebelparders von Tiger-, Löwen- und Leopardenarten hin, was die Forscher darauf zurückführten hochspezialisierte Baumnische.

Waldanpassung im Genom des Nebelparders

Die Wissenschaftler verglichen den Bergnebelparder mit zwei Kleinkatzen: der Hauskatze und der Asiatischen Leopardenkatze. Sie identifizierten Kernsignaturen der natürlichen Selektion in der Abstammungslinie des Nebelparders und stellten fest, dass Neofelis und Panthera orthologe Einzelexemplare gemeinsam haben.

Die Nebelparder zeigten die längsten oberen Eckzähne aller lebenden Katzenarten und hatten bei allen Felidae-Arten das höchste Verhältnis von Schwanzlänge zu Kopf-Rumpf-Länge. Darüber hinaus behielt die Art angepasste wolkenartige Markierungen bei Tarnung im gesprenkelten Licht dichter Wälder.

Fortpflanzungsrückgang

Die Nebelparder in der Ex-situ-Konservierung zeigten aufgrund strukturell abnormaler Spermien und Anomalien einen schlechten Fortpflanzungserfolg. Die Wissenschaftler stellten den Einfluss der wichtigsten Gene des Histokompatibilitätskomplexes auf die Immunantwort fest seine Verbindung mit der Fortpflanzung von Wirbeltieren.

Genetische Vielfalt bei Nebelpardern

Yuan und sein Team verglichen die durchschnittliche Heterozygotie von Nebelpardern mit anderen Katzenarten, darunter dem Schneeleoparden, dem Afrikanischen Geparden und dem Iberischen Luchs. Die extrem geringe genomische Heterozygotie und der Schweregrad der Inzucht bei den Arten verdeutlichten die Notwendigkeit dringender Erhaltungsbemühungen für alle Arten.

Die Wissenschaftler führten Populationsgenetik durch und genomweite selektive Sweep-Tests durch die Untersuchung der Populationsstruktur von 20 Bergwolkenleoparden. Die Daten unterschieden die Leoparden in zwei Unterarten, N. nebulosa aus China und Südostasien und N. Macrosceloides aus Nord-Myanmar und Indien, obwohl das Team keine deutlichen morphologischen Unterschiede zwischen den beiden Unterarten beobachtete.

Ausblick

Yuan und Kollegen untersuchten genetische Anpassungen der Bergwolkenleopardenart mithilfe vergleichender genomischer Ansätze, um eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Funktion von Nebelleoparden in Baumlebensräumen zu spielen. Die Arbeit zeigte ein hohes Maß an Inzucht zwischen den Arten, was zu einem geringen Maß an Heterozygotie führte, was wahrscheinlich auf einen ursächlichen Zusammenhang zwischen den durch die Eiszeit verursachten Klimaveränderungen, die die Art einschränkten, und einer anhaltenden Verschlechterung des Lebensraums zurückzuführen war, die zu einem hohen Maß an Inzucht führte und schädliche Gene.

Die Forscher betonten die Notwendigkeit dringender Maßnahmen, um das Überleben der Großkatzenart zu sichern, und zielten darauf ab, das Wissen über die genetische Struktur und die Evolutionsdynamik zu nutzen, um die genetische Vielfalt in freier Wildbahn und in Gefangenschaft zu erhalten und die Nebelparderart zu erhalten und wiederherzustellen.

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