Das gemäßigte Klima der San Francisco Bay Area hat schon immer Einwanderer – Tiere und Menschen – angezogen, was unvorhersehbare Auswirkungen auf die bereits in der Gegend lebenden Menschen hatte.
Für den Savannah-Sperling der Bucht, eine Unterart, die in salzigen Gezeitensümpfen lebt, war die zunehmende Einwanderung seiner Verwandten im Landesinneren im letzten Jahrhundert definitiv eine schlechte Nachricht.
Eine neue genomische Analyse von Savannah-Spatzen (Passerculus Sandwichensis) aus dem ganzen Bundesstaat – viele von ihnen wurden bereits 1889 gesammelt und ihre Felle im Museum of Vertebrate Zoology der University of California, Berkeley aufbewahrt – zeigt, dass dies in den letzten 128 Jahren der Fall war , wird die Anpassungsfähigkeit des Spatzen in der Bay Area an Salzwasser durch die Kreuzung mit Binnensperlingen, die an Süßwasser angepasst sind, verringert.
Das Ergebnis ist ein stabiles Maß an genetischer Vielfalt unter den Savannah-Spatzen an der Küste Nord- und Zentralkaliforniens, aber ein Verlust der genetischen Varianten, die sie an Gezeitensümpfe anpassen. Dies könnte die Überlebensfähigkeit des Vogels in Gezeitensümpfen beeinträchtigen, wo er sich von Salzwasser und salzigen Krebstieren ernährt, wofür Süßwasservögel schlecht geeignet sind.
Der überraschende Befund, letzte Woche veröffentlicht im Tagebuch Biologie des globalen Wandels, kann teilweise durch den starken landesweiten Rückgang der Gezeitensümpfe erklärt werden, bei denen es sich um Feuchtgebiete handelt, die dem Gezeitenzufluss von salzigem Meerwasser ausgesetzt sind. In der Bay Area kam es seit dem 19. Jahrhundert zu einem 90-prozentigen Rückgang der Gezeitensumpfgebiete, wodurch die Savannah-Spatzenpopulationen so weit zurückgegangen sind, dass die Kreuzung mit Einwanderern ihre einzigartige Salzwasseranpassung beeinträchtigt.
„Es scheint einen zunehmenden Genfluss aus dem Osten Kaliforniens in Orte wie die Bay Area zu geben, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass die lokale Bevölkerung zu einer Senke wird, in der die lokalen Züchter nicht wirklich genug Nachkommen produzieren können, um eine Population zu erhalten“, sagte Phred Benham. ein Postdoktorand an der UC Berkeley und Leiter der Studie. „Es kommt also zu einem Zustrom von Einwanderern aus einer anderen Population. Die Migranten halten es für einen schönen Ort zum Verweilen und versuchen, ein Nest zu errichten, und es besteht die Möglichkeit, dass ein Genfluss in die Bewohner stattfindet.“
Dieser Genfluss von Spatzen, die an Süßwasser angepasst sind, zu Spatzen, die an Salzwasser angepasst sind, bedeutet, dass die Genvarianten oder Allele verloren gehen, die es Gezeiten-Sumpfsperlingen ermöglichen, in einer Umgebung mit hohem Salzgehalt zu existieren – indem sie beispielsweise größere Nieren produzieren.
„Die Gebiete im Landesinneren, in denen das Grasland weiterhin ausgedehnt ist, bringen eine große Anzahl dieser Vögel hervor, und sie müssen irgendwohin. Daher ist die Bay Area ein Ziel“, sagte Rauri Bowie, Professor für integrative Biologie an der UC Berkeley und Kurator für Vögel im Museum der Wirbeltierzoologie (MVZ).
„Sie kommen herein, aber sie sind nicht für die Fortpflanzung in dieser Umgebung geeignet. Sie gedeihen also nicht gut und sie führen maladaptive Allele ein – an Süßwasser angepasste Allele in an Salzwasser angepasste Populationen. Und einige dieser Küstenpopulationen.“ sind gefährdet. Wenn man in diese Lebensräume geht, sieht man viele Savannah-Spatzen, aber unter der Haube passiert etwas, das in solchen speziellen Umgebungen viel komplexer ist.“
Eine besonders besorgniserregende Unterart
Mit 17 anerkannten Unterarten in ganz Nordamerika seien Savannah-Spatzen weit verbreitet, sagte Bowie. Doch die seltenen Unterarten, die an das Leben in Salzwasser-Sumpfgebieten angepasst sind, gelten als bedroht. Zwei kommen in Kalifornien vor, eine nördliche Unterart (P. s. alaudinus), die vom Staat als „besonders besorgniserregende Art“ aufgeführt ist, und eine bundesweit geschützte südliche Unterart namens Belding’s Savannah Sparrow (P. s. beldingi). die rund um San Diego und Tijuana, Mexiko, vorkommt.
Die gute Nachricht für die Unterart des nördlichen Marschlandes sei, so Benham, dass die Gezeitenfeuchtgebiete rund um die Mündung der San Francisco Bay geschützt seien und wachsen, was möglicherweise zu einem Anstieg der Küstensperlingspopulationen in der Savanne führen könne.
„In der Bay Area werden derzeit große Anstrengungen zur Wiederherstellung der Gezeiten unternommen, und Savannah-Spatzen sind nicht die einzigen, die davon abhängig sind. Eine der am stärksten gefährdeten Arten in der Bay Area ist die Salzwiesen-Waldmaus. Davon gibt es viele.“ „Ich denke, dass viele Bundesgelder in den Schutz ihres Lebensraums fließen, was meiner Meinung nach letztendlich den Savannah-Spatzen zugute kommen würde“, sagte er. „Ich denke, es wäre wirklich großartig, diese Populationen in zehn Jahren noch einmal zu untersuchen, um zu sehen, ob dieser Trend anhält oder ob die Wiederherstellung der Sümpfe durch die Gezeiten den Einheimischen ermöglicht hat, ihre Populationen und ihre Dominanz wiederherzustellen.“
Die fortgesetzte Überwachung eingewanderter Spatzen, sagte Bowie, „würde einen Eindruck davon vermitteln, ob diese genetische Überflutung anhält und wie schnell sie geschieht. Ich würde hoffen, dass dies durch die Wiederherstellung der Sumpfgebiete abgemildert wird. Aber das wissen wir nicht.“ „
Benham und Bowie machten sich mit Unterstützung von Jennifer Walsh vom Cornell Laboratory of Ornithology an der Cornell University in Ithaca, New York, daran, eine wichtige evolutionäre Frage zu stellen: Wie wirkt sich der Verlust des Lebensraums auf die genetische Vielfalt der Tiere aus, die diesen Lebensraum bewohnen?
„Wir wollten eine sehr einfache Vorhersage testen, dass mit dem Verlust von Lebensräumen eine verringerte genetische Vielfalt einhergeht“, sagte Benham.
Für die genetische Analyse entnahm Benham DNA-Proben von Savannah-Spatzen, die zwischen 1889 und 2017 im ganzen Bundesstaat gefangen wurden. Um DNA aus Museumsproben zu gewinnen, kratzte er Hautzellen von den Zehenballen der Vögel. Zum Vergleich sammelte er Blut- oder Gewebeproben von lebenden Vögeln, denen er im letzten Jahrzehnt bei der Untersuchung der Savannah-Spatzenpopulationen in der Bay Area für seine Doktorarbeit begegnet war. Diplomarbeit von der University of Montana.
Mit einer Technik namens „Exome Capture“ erstellte er ein Profil der DNA von 219 Individuen und suchte nach genetischen Variationen in DNA-Bereichen, die zuvor als wichtig für die Salzwasseranpassung von Sumpfsperlingen identifiziert worden waren. Einige dieser Anpassungen hatte er selbst beim Studium dieser Savannah-Spatzen entdeckt.
So sind beispielsweise nicht nur ihre Nieren größer und somit in der Lage, mehr Salz aus dem Harnstoff der Vögel zu entfernen, sondern auch ihre Haut ist weniger wasserdurchlässig. Um die geringere Abhängigkeit von Verdunstungskühlung, wie etwa durch Schwitzen, zur Wärmeabgabe auszugleichen, sind ihre Rechnungen größer geworden, wodurch mehr Wärme aus dem durchströmenden Blut verloren geht. All diese Anpassungen gleichen die Tatsache aus, dass Singvögel nie eine Lösung entwickelt haben, die anderen Meeresvögeln gemeinsam ist – die Fähigkeit, überschüssiges Salz über die Nasendrüsen auszuscheiden.
Die Forscher fanden heraus, dass die genetische Vielfalt der südkalifornischen Unterart, des Belding-Savannensperlings, leicht zurückgegangen war, aber selbst in den 1880er Jahren gering war.
Die genetische Vielfalt der Unterarten Nordkaliforniens blieb jedoch im letzten Jahrhundert relativ hoch, was wahrscheinlich auf die Einwanderung aus Gebieten im Landesinneren zurückzuführen ist. Aber diese Einwanderung führte zu Gen-Allelen in Regionen des Genoms, die an der Salzwasseranpassung beteiligt sind, die eher den Allelen ähnelten, die man bei an Süßwasser angepassten Spatzen findet.
Bowie stellte fest, dass die Ergebnisse eine wichtige Debatte in der heutigen Naturschutzbiologie betreffen – ob es sinnvoll ist, kleine, bedrohte Inzuchtpopulationen durch Kreuzung mit verwandten Populationen zu stärken. Im Fall des Savannah-Sperlings verringerte eine solche Auskreuzung die Anpassung an die Umwelt.
„Hier zeigen wir, dass ein Genfluss über diese steilen Umweltgradienten hinweg erhebliche negative Auswirkungen auf die lokale Bevölkerung haben kann“, sagte Benham.
„Eigentlich ist es ziemlich schwierig, die Auswirkungen von Auszucht nachzuweisen“, betonte Bowie. „Der Zugriff auf die historische Serie der Museumsexemplare aus der Zeit vor der Umgestaltung der Salzwiesen in der Bucht, um sie mit modernen Vögeln zu vergleichen, hilft Ihnen zu beweisen, dass Ausbrutdepressionen erhebliche Auswirkungen auf die Populationen haben. Die genetische Vielfalt sieht großartig aus, aber sie ist überdeckend.“ ein Auszuchtdepressionseffekt.“
Mehr Informationen:
Phred M. Benham et al., Räumliche Variation der genomischen Reaktionen der Population auf über ein Jahrhundert anthropogene Veränderungen innerhalb eines Gezeiten-Sumpfsingvogels, Biologie des globalen Wandels (2024). DOI: 10.1111/gcb.17126