Spatzen, die sich speziell an die Sümpfe der Bay Area angepasst haben, verlieren ihre Einzigartigkeit

By | January 28, 2024

Das gemäßigte Klima der San Francisco Bay Area hat schon immer Einwanderer – Tiere und Menschen – angezogen, die unvorhersehbare Auswirkungen auf die bereits in der Gegend lebenden Menschen hatten.

Für den Savannah-Buchtsperling, eine Unterart, die in Salzwiesen lebt, war die zunehmende Einwanderung aus dem Binnenland im letzten Jahrhundert definitiv eine schlechte Nachricht.

Eine neue genomische Analyse von Savannah-Spatzen (Passerculus sanduicheensis) aus dem ganzen Staat – viele von ihnen wurden bereits 1889 gesammelt und ihre Häute im Museum of Vertebrate Zoology der University of California, Berkeley aufbewahrt – zeigen, dass sich der Bay Area-Spatz in den letzten 128 Jahren an das Salzwasser angepasst hat durch Kreuzung mit Binnensperlingen, die an Süßwasser angepasst sind, verringert.

Das Ergebnis ist ein stabiles Maß an genetischer Vielfalt unter den Savannah-Küstensperlingen in Nord- und Zentralkalifornien, aber ein Verlust der genetischen Varianten, die sie an Gezeitensümpfe anpassen. Dies kann die Überlebensfähigkeit des Vogels in Gezeitensümpfen beeinträchtigen, wo er sich von Salzwasser und salzhaltigen Krebstieren ernährt, woran Süßwasservögel schlecht angepasst sind.

Die überraschende Entdeckung, die letzte Woche in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Biologie des globalen Wandels, kann zum Teil durch den landesweiten starken Rückgang der Gezeitensümpfe erklärt werden, bei denen es sich um Feuchtgebiete handelt, die dem Zufluss von salzhaltigem Meerwasser durch die Gezeiten ausgesetzt sind. In der Bay Area ist seit dem 18. Jahrhundert ein Rückgang der Gezeitensümpfe um 90 % zu verzeichnen, wodurch die Population der Savannah-Spatzen so weit zurückgegangen ist, dass die Kreuzung mit Einwanderern ihre einzigartige Anpassung an das Salzwasser beeinträchtigt.

ein schlammiges Ufer mit einem See im Hintergrund, umgeben von niedrigen grünen Pflanzen
In Gezeitensümpfen der Bay Area, wie diesem restaurierten Sumpfgebiet in Hayward, Kalifornien, leben viele Tiere, die an Salzwasserumgebungen angepasst sind, darunter eine lokale Unterart des Savannah-Spatzes und der Salzwiesen-Ernteratte. Diese durch bestimmte genetische Varianten verursachten Anpassungen können durch Exogamie bei Migrantenpopulationen beeinträchtigt werden, die diese Varianten nicht besitzen.
Phred Benham/UC Berkeley

„Es scheint einen zunehmenden Genfluss von Ostkalifornien in Orte wie die Bay Area zu geben, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass die lokale Bevölkerung zu einer Senke wird, in der lokale Züchter nicht in der Lage sind, genügend Nachkommen zu produzieren, um eine Population zu erhalten“, sagte Phred Benham, ein Postdoktorand Fellow. Doktorand an der UC Berkeley und Leiter der Studie. „Es gibt also den Zustrom von Einwanderern aus einer anderen Bevölkerung. Die Migranten halten es für einen guten Aufenthaltsort und versuchen, ein Nest zu errichten, und es besteht die Möglichkeit, dass ein Genfluss stattfindet.“ bei den Bewohnern.“

Dieser Genfluss von an Süßwasser angepassten Spatzen zu an Salzwasser angepassten Spatzen bedeutet, dass die genetischen Varianten oder Allele, die es Gezeiten-Sumpfsperlingen ermöglichen, in einer Umgebung mit hohem Salzgehalt zu existieren – und beispielsweise größere Nieren zu produzieren – verloren gehen.

„Die Gebiete im Landesinneren, in denen das Grasland weiterhin ausgedehnt ist, bringen eine große Anzahl dieser Vögel hervor, und sie müssen irgendwo hin. 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 an, sind aber nicht für die Fortpflanzung in dieser Umgebung geeignet. Es geht ihnen also nicht gut und sie führen maladaptive Allele – an Süßwasser angepasste Allele – in an Salzwasser angepasste Populationen ein. sind vom Aussterben bedroht. Wenn Sie in diese Lebensräume gehen, werden Sie viele Savannah-Spatzen sehen, aber unter der Haube passiert etwas, das in solchen speziellen Umgebungen viel komplexer ist. “

Eine besonders besorgniserregende Unterart

Mit 17 in ganz Nordamerika anerkannten Unterarten seien Savannah-Spatzen weit verbreitet, sagte Bowie. Doch die seltenen Unterarten, die an das Leben in Salzwassersümpfen angepasst sind, gelten als gefährdet. Zwei kommen in Kalifornien vor, eine nördliche Unterart (Ps Alaudino)die vom Staat als „besonders besorgniserregende Art“ gelistet ist, und eine bundesweit geschützte südliche Unterart namens Beldings Savannensperling (Ps Beldingi), die rund um San Diego und Tijuana, Mexiko, vorkommt.

Vogelgesang sitzt auf dem Ast
Ein Savannah-Spatz, 2007 im Cesar Chavez Park in Berkeley fotografiert.
CalPhotos ©2007 Steve Scholl

Die gute Nachricht für die nördliche Sumpfunterart, so Benham, ist, dass die Gezeitenfeuchtgebiete rund um die Mündung der San Francisco Bay geschützt sind und wachsen, was möglicherweise zu einem Anstieg der Spatzenpopulationen an der Küste von Savannah führt.

„In der Bay Area werden 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-Ernteratte. „Ich denke, es wäre wirklich großartig, diese Populationen in 10 Jahren noch einmal zu besuchen, um zu sehen, ob sich dieser Trend fortsetzt oder ob die Wiederherstellung der Sumpfgebiete es den Einheimischen ermöglicht hat.“ um ihre Bevölkerung und ihre Herrschaft wiederherzustellen“.

Eine fortgesetzte Überwachung eingewanderter Spatzen, sagte Bowie, „würde eine Vorstellung davon geben, ob diese genetische Flut anhält und wie schnell sie geschieht. Ich hoffe, dass dies durch die Wiederherstellung von Feuchtgebieten gemildert wird. Aber das wissen wir nicht.“

Benham und Bowie beschlossen, mit Unterstützung von Jennifer Walsh vom Cornell Laboratory of Ornithology an der Cornell University in Ithaca, New York, 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 Fußballen der Vögel. Zum Vergleich sammelte er Blut- oder Gewebeproben von lebenden Vögeln, denen er im Rahmen seiner Doktorarbeit im letzten Jahrzehnt begegnete, als er Savannah-Spatzenpopulationen in der Bay Area untersuchte. 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 der Sumpfsperlinge identifiziert worden waren. Er selbst entdeckte einige dieser Anpassungen, als er diese Savannah-Spatzen studierte. Beispielsweise sind ihre Nieren nicht nur größer und daher in der Lage, Vögeln mehr Harnstoffsalz zu entziehen, auch ihre Haut ist weniger wasserdurchlässig. Um den geringeren Bedarf an Verdunstungskühlung, etwa durch Schweiß, zur Wärmeableitung auszugleichen, sind ihre Perlen größer geworden, wodurch mehr Wärme durch fließendes Blut verloren geht. All diese Anpassungen kompensieren die Tatsache, dass Singvögel nie eine Lösung entwickelt haben, die anderen Küstenvögeln gemeinsam ist – die Fähigkeit, überschüssiges Salz über ihre Nasendrüsen auszuscheiden.

Nebeneinander angeordnete Karten der Bay Area, wobei die Farben historische Feuchtgebiete im Vergleich zu aktuellen darstellen
Ein Vergleich zwischen der San Francisco Bay Area vor 200 Jahren und heute, der zeigt, inwieweit die (grünen) Gezeitensümpfe reduziert wurden. Der Verlust von etwa 90 % des Gezeitensumpflebensraums hat zu einem Rückgang der Populationen salzwasseradaptierter Savannah-Spatzen geführt, was die Unterart anfällig für den Verlust genetischer Salzwasseranpassungen aufgrund der Kreuzung mit süßwasseradaptierten Spatzen macht.
San Francisco Estuary Institute

Die Forscher fanden heraus, dass die genetische Vielfalt der südkalifornischen Unterart, des Belding-Savannah-Sperlings, leicht zurückgegangen war, aber selbst in den 1880er Jahren gering war.

Die genetische Vielfalt in den Unterarten Nordkaliforniens ist jedoch im vergangenen Jahrhundert relativ hoch geblieben, was wahrscheinlich auf die Einwanderung aus dem Landesinneren zurückzuführen ist. Diese Einwanderung führte jedoch zu genetischen Allelen in Regionen des Genoms, die an der Salzwasseranpassung beteiligt sind und den Allelen in an Süßwasser angepassten Spatzen ähnlicher waren.

Bowie stellte fest, dass die Ergebnisse eine wichtige Debatte in der heutigen Naturschutzbiologie unterstützen – ob es sinnvoll ist, kleine, gefährdete Inzuchtpopulationen durch Kreuzung mit verwandten Populationen zu stärken. Im Fall des Savannah-Sperlings verringerte diese 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 könnte“, sagte Benham.

„Es ist tatsächlich sehr schwierig, die Auswirkungen von Auszucht zu demonstrieren“, betonte Bowie. „Der Zugriff auf die historische Serie von Museumsexemplaren aus der Zeit vor der Umgestaltung der Salzwiesen der Bucht, um sie mit modernen Vögeln zu vergleichen, hilft dabei, den Schluss zu ziehen, dass es durch Auszucht zu Depressionen kommt.“ Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Populationen. Die genetische Vielfalt sieht großartig aus, verdeckt aber einen Auszuchtdepressionseffekt.“

Benhams Arbeit wurde durch ein Biology Postdoctoral Fellowship der National Science Foundation (1812282) unterstützt.

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