stringtranslate.com

Сохранение ex situ

Всемирный банк семян Свальбарда , сохранение ex situ

Сохранение ex situ ( букв. « сохранение вне места » ) — это процесс защиты исчезающего вида , разновидности или породы растений или животных за пределами их естественной среды обитания. Например, путем удаления части популяции из находящейся под угрозой среды обитания и помещения ее в новое место, искусственную среду, которая похожа на естественную среду обитания соответствующего животного и находится под опекой людей, например, зоологический парк или заповедник . [1] [2] Степень, в которой люди контролируют или изменяют естественную динамику управляемой популяции, широко варьируется, и это может включать изменение среды обитания, репродуктивных моделей, доступа к ресурсам и защиту от хищников и смертности. 

Управление ex situ может происходить в пределах или за пределами естественного географического ареала вида. Особи, поддерживаемые ex situ, существуют вне экологической ниши . Это означает, что они не находятся под тем же давлением отбора, что и дикие популяции, и они могут подвергаться искусственному отбору, если поддерживаются ex situ в течение нескольких поколений. [3]

Сельскохозяйственное биоразнообразие также сохраняется в коллекциях ex situ . Это в первую очередь в форме генных банков , где образцы хранятся с целью сохранения генетических ресурсов основных сельскохозяйственных культур и их диких сородичей .

Удобства

Ботанические сады, зоопарки и аквариумы

Ботанические сады , зоопарки и аквариумы являются наиболее традиционными местами для сохранения ex situ , размещения целых, защищенных образцов для разведения и реинтродукции в дикую природу. Эти учреждения не только обеспечивают размещение и уход за образцами исчезающих видов, но и имеют образовательную ценность. Они информируют общественность о состоянии находящихся под угрозой исчезновения видов и о тех факторах, которые вызывают угрозу, с надеждой вызвать общественный интерес к прекращению и обращению вспять тех факторов, которые в первую очередь ставят под угрозу выживание вида. Они являются наиболее посещаемыми публикой местами сохранения ex situ , при этом WZCS (Всемирная стратегия сохранения зоопарков) оценивает, что 1100 организованных зоопарков в мире принимают более 600 миллионов посетителей ежегодно. По оценкам, в мире насчитывается в общей сложности 2107 аквариумов и зоопарков в 125 странах. Кроме того, многие частные коллекционеры или другие некоммерческие группы содержат животных и участвуют в усилиях по сохранению или реинтродукции. [4] Аналогично, в 148 округах насчитывается около 2000 ботанических садов, в которых выращивается или хранится около 80 000 таксонов растений. [5]

Методы для растений

Криоконсервация

Криоконсервация растений заключается в хранении семян, пыльцы, тканей или эмбрионов в жидком азоте. Этот метод может использоваться для практически неограниченного хранения материала без ухудшения качества в течение гораздо большего периода времени по сравнению со всеми другими методами сохранения ex situ . Криоконсервация также используется для сохранения генетики домашнего скота посредством криоконсервации генетических ресурсов животных . Технические ограничения не позволяют криоконсервировать многие виды, но криобиология является областью активных исследований, и многие исследования, касающиеся растений, находятся в стадии реализации.

Банк семян

Хранение семян в среде с контролируемой температурой и влажностью. Этот метод используется для таксонов с ортодоксальными семенами, которые переносят высыхание . Помещения семенных банков варьируются от герметичных коробок до морозильных камер с контролируемым климатом или хранилищ. Таксоны с рекальцитрантными семенами, которые не переносят высыхание, обычно не хранятся в семенных банках в течение длительного времени.

Полевой генный банк

Обширное открытое насаждение, используемое для поддержания генетического разнообразия диких, сельскохозяйственных или лесных видов. Обычно виды, которые трудно или невозможно сохранить в семенных банках, сохраняются в полевых генных банках. Полевые генные банки также могут использоваться для выращивания и отбора потомства видов, сохраненных другими методами ex situ .

Коллекции по выращиванию

Растения, находящиеся под садоводческим уходом в сконструированном ландшафте, как правило, ботаническом саду или дендрарии. Этот метод похож на полевой генный банк в том, что растения поддерживаются в окружающей среде, но коллекции обычно не столь генетически разнообразны или обширны. Эти коллекции подвержены гибридизации, искусственному отбору, генетическому дрейфу и передаче болезней. Виды, которые не могут быть сохранены другими методами ex situ , часто включаются в культивируемые коллекции.

Интерситу

Растения находятся под садоводческим уходом, но окружающая среда управляется в условиях, близких к естественным. Это происходит либо в восстановленных, либо в полуестественных средах. Этот метод в основном используется для таксонов, которые редки или в районах, где среда обитания сильно деградировала.

Культура тканей (хранение и размножение)

Соматическую ткань можно хранить in vitro в течение коротких периодов времени. Это делается в контролируемой светом и температурой среде, которая регулирует рост клеток. Как метод сохранения ex situ , тканевая культура в основном используется для клонального размножения вегетативной ткани или незрелых семян. Это позволяет размножать клонированные растения из относительно небольшого количества родительской ткани.

Методы для животных

Резервуар с жидким азотом , используемый для питания криогенной морозильной камеры (для хранения лабораторных образцов при температуре около −150 °C)

Исчезающие виды и породы животных сохраняются с использованием аналогичных методов. [6] Виды животных могут сохраняться в генных банках , которые состоят из криогенных объектов, используемых для хранения живой спермы , яйцеклеток или эмбрионов . Например, Зоологическое общество Сан-Диего создало « замороженный зоопарк » для хранения таких образцов с использованием методов криоконсервации более чем 355 видов, включая млекопитающих, рептилий и птиц.

Потенциальным методом содействия воспроизводству исчезающих видов является межвидовая беременность , имплантация эмбрионов исчезающего вида в матку самки родственного вида и вынашивание ее до срока. [7] Это было сделано для испанского козерога . [8]

Генетическое управление популяциями животных, содержащихся в неволе

Популяции в неволе подвержены таким проблемам, как инбридинговая депрессия , потеря генетического разнообразия и адаптация к неволе. Важно управлять популяциями в неволе таким образом, чтобы минимизировать эти проблемы, чтобы вводимые особи были максимально похожи на первоначальных основателей, что увеличит шансы на успешную реинтродукцию . [9] На начальном этапе роста размер популяции быстро увеличивается до тех пор, пока не будет достигнут целевой размер популяции. [10] Целевой размер популяции — это количество особей, необходимое для поддержания надлежащего уровня генетического разнообразия, которое обычно считается равным 90% от текущего генетического разнообразия через 100 лет. [10] Количество особей, необходимое для достижения этой цели, варьируется в зависимости от потенциальной скорости роста, эффективного размера, текущего генетического разнообразия и времени генерации. [9] После достижения целевого размера популяции фокус смещается на поддержание популяции и избежание генетических проблем в популяции в неволе. [10]

Минимизация среднего родства

Управление популяциями на основе минимизации средних значений родства часто является эффективным способом увеличения генетического разнообразия и предотвращения инбридинга в популяциях, содержащихся в неволе. [10] Родство — это вероятность того, что два аллеля будут идентичны по происхождению , когда один аллель берется случайным образом от каждой спаривающейся особи. Среднее значение родства — это среднее значение родства между данной особью и каждым другим членом популяции. Среднее значение родства может помочь определить, какие особи должны быть скрещены. При выборе особей для разведения важно выбирать особей с самыми низкими средними значениями родства, поскольку эти особи наименее связаны с остальной частью популяции и имеют наименьшее количество общих аллелей. [10] Это гарантирует передачу более редких аллелей , что помогает увеличить генетическое разнообразие. Также важно избегать спаривания двух особей с очень разными средними значениями родства, поскольку такие спаривания распространяют как редкие аллели, которые присутствуют у особи с низким средним значением родства, так и общие аллели, которые присутствуют у особи с высоким средним значением родства. [10] Этот метод генетического управления требует, чтобы происхождение было известно, поэтому в случаях, когда происхождение неизвестно, может потребоваться использование молекулярной генетики, такой как данные микросателлитов, чтобы помочь разрешить неизвестные ситуации. [9]

Предотвращение потери генетического разнообразия

Генетическое разнообразие часто теряется в популяциях, содержащихся в неволе, из-за эффекта основателя и последующих небольших размеров популяции. [10] Минимизация потери генетического разнообразия в популяции, содержащейся в неволе, является важным компонентом сохранения ex situ и имеет решающее значение для успешной реинтродукции и долгосрочного успеха вида, поскольку более разнообразные популяции имеют более высокий адаптивный потенциал. [9] Потерю генетического разнообразия из-за эффекта основателя можно минимизировать, обеспечив, чтобы популяция-основатель была достаточно большой и генетически репрезентативной для дикой популяции. [10] Это часто бывает сложно, поскольку удаление большого количества особей из диких популяций может еще больше сократить генетическое разнообразие вида, который уже находится под угрозой сохранения. Альтернативой этому является сбор спермы у диких особей и использование ее посредством искусственного оплодотворения для внесения свежего генетического материала. [11] Максимизация размера популяции, содержащейся в неволе, и эффективного размера популяции может уменьшить потерю генетического разнообразия за счет минимизации случайной потери аллелей из-за генетического дрейфа . [10] Минимизация количества поколений в неволе является еще одним эффективным методом снижения потери генетического разнообразия в популяциях животных, содержащихся в неволе. [10]

Избегание адаптации к неволе

Отбор благоприятствует разным признакам в популяциях в неволе, чем в диких популяциях, поэтому это может привести к адаптациям, которые полезны в неволе, но вредны в дикой природе. [10] Это снижает успешность повторных интродукций, поэтому важно управлять популяциями в неволе, чтобы уменьшить адаптацию к неволе. Адаптацию к неволе можно уменьшить, минимизировав количество поколений в неволе и максимизировав количество мигрантов из диких популяций. [10] Минимизация отбора в популяциях в неволе путем создания среды, похожей на их естественную среду, является еще одним методом снижения адаптации к неволе, но важно найти баланс между средой, которая минимизирует адаптацию к неволе, и средой, которая допускает адекватное воспроизводство. [10] Адаптацию к неволе также можно уменьшить, управляя популяцией в неволе как серией фрагментов популяции. В этой стратегии управления популяция в неволе делится на несколько субпопуляций или фрагментов, которые поддерживаются отдельно. Меньшие популяции имеют более низкий адаптивный потенциал, поэтому фрагменты популяции с меньшей вероятностью накапливают адаптации, связанные с неволей. Фрагменты поддерживаются отдельно, пока инбридинг не станет проблемой. Затем фрагменты обмениваются иммигрантами, чтобы уменьшить инбридинг, а затем фрагменты снова управляются отдельно. [10]

Лечение генетических заболеваний

Генетические нарушения часто являются проблемой в популяциях, содержащихся в неволе, из-за того, что популяции обычно формируются из небольшого числа основателей. [10] В больших популяциях с аутбридингом частоты большинства вредных аллелей относительно низки, но когда популяция сталкивается с бутылочным горлышком во время формирования популяции, содержащейся в неволе, ранее редкие аллели могут выживать и увеличиваться в числе. [9] Дальнейшее инбридинг в популяции, содержащейся в неволе, также может увеличить вероятность того, что вредные аллели будут экспрессироваться из-за увеличения гомозиготности в популяции. [9] Высокая частота генетических нарушений в популяции, содержащейся в неволе, может угрожать как выживанию популяции, содержащейся в неволе, так и ее возможному возвращению обратно в дикую природу. [12] Если генетическое нарушение является доминантным , может быть возможным полностью устранить заболевание за одно поколение, избегая разведения пораженных особей. [10] Однако, если генетическое нарушение является рецессивным , может быть невозможно полностью устранить аллель из-за его присутствия у незатронутых гетерозигот . [10] В этом случае наилучшим вариантом будет попытка минимизировать частоту аллеля путем выборочного выбора пар для спаривания. В процессе устранения генетических нарушений важно учитывать, что когда определенные особи не допускаются к размножению, аллели и, следовательно, генетическое разнообразие удаляются из популяции; если эти аллели отсутствуют у других особей, они могут быть полностью утрачены. [12] Предотвращение размножения определенных особей также снижает эффективный размер популяции, что связано с такими проблемами, как потеря генетического разнообразия и увеличение инбридинга. [10]

Примеры

Индийский клевер , Trifolium amoenum , является примером вида, который считался вымершим, но был вновь открыт в 1993 году [13] в виде одного растения на участке в западной части округа Сонома . [14] Семена были собраны, а вид выращен в условиях ex situ .

Сосна Воллеми — еще один пример растения, которое сохраняется посредством сохранения ex situ , поскольку ее выращивают в питомниках для продажи населению.

Оранжевобрюхий попугай , дикая популяция которого на начало февраля 2017 года составляла 14 птиц, [15] разводится в рамках программы разведения в неволе. Популяция в неволе насчитывает около 300 птиц. [16]

Недостатки

Сохранение ex situ , хотя и полезно для усилий человечества по поддержанию и защите окружающей среды, редко бывает достаточным для спасения вида от вымирания. Его следует использовать в качестве последнего средства или в качестве дополнения к сохранению in situ , поскольку оно не может воссоздать среду обитания в целом: всю генетическую изменчивость вида, его симбиотические аналоги или те элементы, которые со временем могут помочь виду адаптироваться к его изменяющейся среде. Вместо этого сохранение ex situ изымает вид из его естественного экологического контекста, сохраняя его в полуизолированных условиях, в которых естественные процессы эволюции и адаптации либо временно останавливаются, либо изменяются путем помещения образца в неестественную среду обитания. В случае методов криогенного хранения процессы адаптации сохраняемого образца (буквально) полностью замораживаются. Недостатком этого является то, что при повторном выпуске у вида могут отсутствовать генетические адаптации и мутации, которые позволили бы ему процветать в его постоянно меняющейся естественной среде обитания.

Более того, методы сохранения ex situ часто являются дорогостоящими, а криогенное хранение в большинстве случаев экономически нецелесообразно, поскольку виды, хранящиеся таким образом, не могут обеспечить прибыль, а вместо этого медленно истощают финансовые ресурсы правительства или организации, решившей ими управлять. Банки семян неэффективны для определенных родов растений с неподатливыми семенами, которые не остаются фертильными в течение длительного времени. Болезни и вредители, чуждые виду, от которых у вида нет естественной защиты, также могут нанести вред посевам защищенных растений на плантациях ex situ и у животных, живущих в местах размножения ex situ . Эти факторы в сочетании с особыми экологическими потребностями многих видов, некоторые из которых практически невозможно воссоздать человеку, делают сохранение ex situ невозможным для большого числа находящихся под угрозой исчезновения видов флоры и фауны мира.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Руководящие принципы Комиссии по выживанию видов МСОП по использованию управления ex situ для сохранения видов» (PDF) . МСОП. 2014 . Получено 27 мая 2016 .
  2. ^ "Конвенция о биологическом разнообразии" (PDF) . Организация Объединенных Наций. 1992. Получено 27 мая 2016 .
  3. ^ Раманата Рао, В.; Браун, AHD; Джексон, М. (2001). Управление генетическим разнообразием растений. CABI. стр. 89.
  4. ^ Guerrant, Edward; Havens, Kayri ; Maunder, Mike (2004). Сохранение растений ex situ: поддержка выживания видов в дикой природе . Island Press. стр. 91.
  5. ^ Guerrant, Edward; Havens, Karyi; Maunder, Mike (2004). Сохранение растений ex situ: поддержка выживания видов в дикой природе . Island Press. С. 10–11.
  6. ^ ФАО. 2012. Криоконсервация генетических ресурсов животных. Руководство ФАО по животноводству и охране здоровья животных. № 12. Рим.
  7. ^ Ниасари-Насладжи, А.; Никджоу, Д.; Скидмор, JA; Могисех, А.; Мостафаи, М.; Разави, К.; Мусави-Мовахеди, AA (2009). «Межвидовой перенос эмбрионов у верблюдовых: рождение первых детенышей двугорбых верблюдов (Camelus bactrianus) от верблюдов-дромадеров (Camelus dromedarius)». Reproduction, Fertility, and Development . 21 (2): 333–337. doi :10.1071/RD08140. PMID  19210924. S2CID  20825507.
  8. ^ Фернандес-Ариас, А.; Алабарт, Дж. Л.; Фолч, Дж.; Беккерс, Дж. Ф. (1999). «Межвидовая беременность плода испанского козерога (Capra pyrenaica) у реципиентов домашней козы (Capra hircus) вызывает аномально высокие плазменные уровни гликопротеина, связанного с беременностью» (PDF) . Териогенология . 51 (8): 1419–1430. doi :10.1016/S0093-691X(99)00086-2. PMID  10729070.
  9. ^ abcdef Клейман, Девра; Томпсон, Катерина; Баер, Шарлотта (2010). Дикие млекопитающие в неволе: принципы и методы управления зоопарками . Издательство Чикагского университета.
  10. ^ abcdefghijklmnopqr Фрэнкхэм, Дик; Баллоу, Джон; Бриско, Дэвид (2011). Введение в генетику сохранения . Соединенное Королевство: Cambridge University Press. С. 430–471. ISBN 978-0-521-70271-3.
  11. ^ "Слониха из зоопарка зачата с помощью замороженной спермы дикого самца". BBC News . 14 августа 2012 г.
  12. ^ ab Laikre, Linda (1999). «Наследственные дефекты и охрана генетического управления популяциями в неволе». Zoo Biology . 18 (2): 81–99. doi :10.1002/(sici)1098-2361(1999)18:2<81::aid-zoo1>3.0.co;2-2.
  13. ^ Коннорс, ПГ (1994) Повторное открытие эффектного индийского клевера. Fremontia 22: 3–7
  14. ^ Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США, отделение Арката, 1655 Heindon Road, Arcata, Ca.
  15. ^ "Гонка по спасению исчезающего оранжевобрюхого попугая". Australian Broadcasting Corporation . 14 февраля 2017 г. Получено 14 февраля 2017 г.
  16. ^ Притчард, Рэйчел. "Обновление программы по восстановлению оранжевобрюхих попугаев" (PDF) . Команда по восстановлению оранжевобрюхих попугаев . Получено 6 августа 2012 г. .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки