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Kann eine ausschließlich von Männchen bevölkerte Art vor dem Aussterben bewahrt werden?

Kann eine ausschließlich von Männchen bevölkerte Art vor dem Aussterben bewahrt werden?


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Wie kann, wenn möglich, eine Art vor dem Aussterben bewahrt werden, wenn die einzige überlebende Population aus Männchen besteht, die sich nicht miteinander fortpflanzen können?


Die folgende Antwort befasst sich nur mit theoretische Machbarkeit

Kann eine ausschließlich von Männchen bevölkerte Art vor dem Aussterben bewahrt werden?

Kurze Antwort : Nein, nicht mit Sicherheit

Nuanciert : ja, bei einigen Arten ist es könnten möglich sein

Es variiert in Abhängigkeit davon, wie Sie das Geschlecht Ihrer Spezies bestimmen. Geschlechtsbestimmung ist ein weites Thema, siehe entsprechende Wikipedia-Seite

Einige Reptilienarten werden sexuell nicht durch Chromosomen, sondern durch die Temperatur bestimmt. Ein Beispiel ist die bemalte Schildkröte, deren thermische Geschlechtsbestimmung von Carrie Lynne Morjan in einem Artikel mit dem Titel Temperaturabhängige Geschlechtsbestimmung und das evolutionäre Potenzial für das Geschlechterverhältnis bei der bemalten Schildkröte, Chrysemys picta

Die thermische Geschlechtsbestimmung ermöglicht es Ihnen, 2 verschiedene Geschlechter aus dem "gleichen" Genom zu erhalten, da die Temperatur der Treiber der hormonellen Differenzierung ist.

Artenübergreifendes Klonen: Einfluss zytoplasmatischer Faktoren auf die Entwicklung, von Sun und Zhu stellt fest, dass das artenübergreifende Klonen mit Fischen und Säugetieren erfolgreich durchgeführt wurde.

Dennoch ist es dem artenübergreifenden NT gelungen, einige vom Aussterben bedrohte Säugetiere zu klonen, wie z

Bei Fischen, einer relativ primitiven Wirbeltierart, konnte bei einigen genetisch weit entfernten Arten der artenübergreifende NT [Kerntransfer] erreicht werden

Dies bedeutet, dass wir eine andere, wenn auch verwandte Art als Mutter und Eischicht nutzen können.

Wir können mit einem großen Salzkorn die Hypothese aufstellen, dass wir bei einer Spezies, die ausschließlich aus männlichen Spermien besteht, die Eizelle einer anderen Spezies verwenden könnten, um sie zu klonen, und dann die thermische Differenzierung nutzen, um aus unserem Klon ein Weibchen zu machen.

Mir sind jedoch keine Informationen darüber bekannt, wie stark die genetische Nutzlast von Genom und Spermatozoiden durch die Geschlechtsdifferenzierung verändert wird. Daher ist es möglich, dass geschlechtsspezifische Gene kann nicht produzieren einen sexuell naiven Klon. Für weitere Informationen und wenn Sie mehr darüber recherchieren möchten, empfehle ich Ihnen, sich über den aktuellen Stand der Technik der Dedifferenzierungstechniken und der DNA-Demethylierung für die Klonierung zu informieren.

Ich hoffe, ich habe Ihnen eine ausreichende Antwort gegeben.


Kann Gentechnik die Biodiversität unseres Planeten retten?


Ein im vergangenen Monat veröffentlichter UN-Bericht zeichnete ein starkes Bild des globalen Verlusts der biologischen Vielfalt und schätzte, dass mehr als 1 Million Arten vom Aussterben bedroht sind – viele davon innerhalb von Jahrzehnten – aufgrund von Landwirtschaft, Holzeinschlag und anderen menschlichen Aktivitäten.

Während Naturschützer bei der Wiederherstellung einiger Arten wie dem Südlichen Breitmaulnashorn und dem Amerikanischen Bison erfolgreich waren, zeigt das durchschnittliche Aussterberisiko für Vögel, Säugetiere, Amphibien und Korallen keine Anzeichen einer Abnahme.

Aber was wäre, wenn es möglich wäre, die Biodiversität unseres Planeten zu schützen, indem man den genetischen Code von Pflanzen und Tieren umschreibt? Es mag wie Science-Fiction klingen, aber Forscher am College of Natural Resources von NC State – und auf der ganzen Welt – erwägen Möglichkeiten, Gentechnik für Naturschutzzwecke einzusetzen, von der Ausrottung invasiver Nagetiere auf Inseln über die Erhöhung der Widerstandsfähigkeit amerikanischer Kastanienbäume bis hin zu invasiven Pilz.

„Neue Werkzeuge für die Gen-Editierung und Strategien wie synthetische Gene Drives eröffnen neue Möglichkeiten für die Vorstellung, wie wir die Biologie jenseits von Labors und landwirtschaftlichen Feldern ‚engineeren‘ könnten“, sagte Jason Delborne, außerordentlicher Professor am Department of Forestry and Environmental Resources. „Insbesondere die Naturschutzgemeinschaft hat begonnen, sich damit zu streiten, ob und wie Gentechnologien auf komplexe und herausfordernde Umweltprobleme angewendet werden könnten.“

Delborne, der auch Forschungsleiter im Genetic Engineering and Society Center am NC State ist, untersucht die Interaktionen zwischen politischen Entscheidungsträgern, Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit, insbesondere im Kontext aufkommender Biotechnologien.

Gentechnik hat Potenzial. Aber jede Intervention birgt Risiken, daher müssen wir die potenziellen Auswirkungen dieser Technologien und ihren Vergleich zu anderen Tools, die wir möglicherweise verwenden, berücksichtigen und antizipieren.

Er ist auch Mitglied der IUCN Task Force für Synthetische Biologie und Erhaltung der biologischen Vielfalt. Die internationale Wissenschaftlergruppe hat kürzlich eine eingehende Bewertung der Gentechnik und ihrer möglichen Auswirkungen auf den Naturschutz veröffentlicht.

Wir haben uns mit Delborne, der Co-Autor mehrerer Kapitel des Berichts, zusammengesetzt, um alles über die Gentechnik zu erfahren, von den Grundlagen ihrer Funktionsweise bis hin zur Lösung der Biodiversitätskrise unseres Planeten.


Neues mathematisches Modell kann helfen, bedrohte Arten zu retten

Was hat der Blauwal mit dem Bengalischen Tiger und der Grünen Schildkröte gemeinsam? Sie teilen das Risiko des Aussterbens und werden als gefährdete Arten eingestuft. Es gibt mehrere Gründe für das Aussterben von Arten, und der Klimawandel ist einer der Hauptgründe.

Das Aussterberisiko variiert von Art zu Art, je nachdem, wie sich Individuen in ihren Populationen reproduzieren und wie lange jedes Tier überlebt. Das Verständnis der Dynamik des Überlebens und der Fortpflanzung kann Managementmaßnahmen unterstützen, um die Überlebenschancen einer Art zu verbessern.

Mathematische und statistische Modelle sind zu mächtigen Werkzeugen geworden, um diese Dynamiken zu erklären. Die Qualität der Informationen, die wir zur Konstruktion solcher Modelle verwenden, ist jedoch entscheidend, um unsere Chancen zu verbessern, das Schicksal von Populationen in der Natur genau vorherzusagen.

"Ein Modell, das das Überleben und die Fortpflanzung zu stark vereinfacht, kann die Illusion erwecken, dass eine Population gedeiht, obwohl sie in Wirklichkeit aussterben wird", sagt Professor Fernando Colchero, Autor eines neuen Artikels, der in . veröffentlicht wurde Ökologie-Briefe.

Colcheros Forschung konzentriert sich auf die mathematische Nachbildung der Populationsdynamik durch ein besseres Verständnis der Demographie der Art. Er arbeitet an der Konstruktion und Erforschung stochastischer Populationsmodelle, die vorhersagen, wie sich eine bestimmte Population (zum Beispiel eine gefährdete Art) im Laufe der Zeit verändern wird.

Diese Modelle beinhalten mathematische Faktoren, um zu beschreiben, wie sich die Umwelt, die Überlebensraten und die Reproduktion der Art auf die Größe und das Wachstum der Population auswirken. Aus praktischen Gründen sind einige Annahmen notwendig.

Zwei allgemein akzeptierte Annahmen sind, dass Überleben und Fortpflanzung mit dem Alter konstant sind und dass ein hohes Überleben der Art mit der Fortpflanzung über alle Altersgruppen innerhalb einer Art Hand in Hand geht. Colchero stellte diese Annahmen in Frage, indem er das altersspezifische Überleben und die Reproduktion sowie Kompromisse zwischen Überleben und Reproduktion berücksichtigte. Dies bedeutet, dass manchmal Bedingungen, die das Überleben begünstigen, für die Fortpflanzung ungünstig sind und umgekehrt.

Colchero verwendete für seine Arbeit Statistiken, mathematische Ableitungen und Computersimulationen mit Daten aus Wildpopulationen von 24 Wirbeltierarten. Das Ergebnis war ein deutlich verbessertes Modell, das genauere Vorhersagen für das Populationswachstum einer Art hatte.

Trotz der technischen Natur von Fernandos Arbeit kann diese Art von Modell sehr praktische Auswirkungen haben, da sie qualifizierte Erklärungen für die zugrunde liegenden Gründe für das Aussterben liefert. Dies kann verwendet werden, um Managementmaßnahmen zu ergreifen und das Aussterben gefährdeter Arten zu verhindern.


2. Sibirischer Tiger

Der Sibirische Tiger, die größte Wildkatze der Erde, ist auch die am stärksten gefährdete. Einst durchstreiften sibirische Tiger den russischen Fernen Osten, Teile Chinas und die koreanische Halbinsel. Aber die systematische Jagd und das Einfangen von Tigern für Zoos reduzierte die wilde Population in den 1940er Jahren auf nur 40 Individuen. Die Welt war gefährlich nahe daran, eine ihrer prächtigsten Wildkatzen zu verlieren.

Zum Glück gewährte Russland 1947 dem sibirischen Tiger vollen Rechtsschutz, und die Bevölkerung begann sich langsam zu erholen. 1992 wurde das Siberian Tiger Project – eine gemeinsame Initiative der Wildlife Conservation Society und des Sikhote-Alin Reserve in Russland – gegründet, um die Ökologie und Naturschutzbiologie des sibirischen Tigers im russischen Fernen Osten zu untersuchen. Bis heute wurden mehr als 60 Tiger mit Funkhalsbändern ausgestattet, mit denen die Forscher Daten über die Sozialstruktur, die Lebensraumansprüche, die Fortpflanzung und die Überlebensraten der Tiger sammeln können.

Die vom Projektteam gesammelten Daten wurden verwendet, um den Schutz von Tigern und ihren Beutearten zu verbessern. Infolgedessen stieg die Population des sibirischen Tigers in Russland laut der Volkszählung von 2015 auf 502 Personen. Und während der sibirische Tiger noch nicht ganz aus dem Unkraut heraus ist, gilt seine Population als stabil und nimmt langsam zu.


Inhalt

Es gibt keine eindeutige Definition, was eine ausreichende Population für den Fortbestand einer Art ist, denn ob eine Art überlebt, hängt in gewissem Maße von zufälligen Ereignissen ab. Somit hängt jede Berechnung einer minimal lebensfähigen Population (MVP) von dem verwendeten Populationsprojektionsmodell ab. [3] Eine Reihe von zufälligen (stochastischen) Projektionen könnte verwendet werden, um die anfängliche Populationsgröße abzuschätzen, die (basierend auf den Annahmen im Modell) benötigt wird, um (sagen wir) eine Überlebenswahrscheinlichkeit von 95 % oder 99 % zu haben, sagen wir 1.000 Jahre später die Zukunft. [4] Einige Modelle verwenden Generationen eher als Zeiteinheit als Jahre, um die Konsistenz zwischen den Taxa zu gewährleisten. [5] Diese Projektionen (Population Viability Analysis oder PVA) verwenden Computersimulationen, um Populationen mit demografischen und Umweltinformationen zu modellieren, um zukünftige Populationsdynamiken zu projizieren. Die einem PVA zugeordnete Wahrscheinlichkeit ergibt sich nach tausendfacher Wiederholung der Umweltsimulation.

Kleine Populationen sind einem größeren Aussterberisiko ausgesetzt als größere Populationen, da kleine Populationen eine geringere Fähigkeit haben, sich von ungünstigen stochastischen (d. h. zufälligen) Ereignissen zu erholen. Solche Ereignisse können in vier Quellen unterteilt werden: [3]

Demografische Stochastik Die demografische Stochastik ist oft nur in Populationen mit weniger als 50 Individuen eine treibende Kraft zum Aussterben. Zufällige Ereignisse beeinflussen die Fruchtbarkeit und das Überleben von Individuen in einer Population, und in größeren Populationen neigen diese Ereignisse dazu, sich in Richtung einer stetigen Wachstumsrate zu stabilisieren. In kleinen Populationen gibt es jedoch viel mehr relative Varianz, was wiederum zum Aussterben führen kann. [3] Umweltstochastik Kleine, zufällige Veränderungen der abiotischen und biotischen Komponenten des Ökosystems, das eine Population bewohnt, fallen unter die Umweltstochastik. Beispiele sind Klimaänderungen im Laufe der Zeit und die Ankunft einer anderen Spezies, die um Ressourcen konkurriert. Im Gegensatz zur demographischen und genetischen Stochastik betrifft die Umweltstochastik Populationen aller Größen. [3] Naturkatastrophen Als Erweiterung der Umweltstochastik sind Naturkatastrophen zufällige Großereignisse wie Schneestürme, Dürren, Stürme oder Brände, die eine Bevölkerung innerhalb kurzer Zeit direkt reduzieren. Naturkatastrophen sind die am schwierigsten vorherzusagenden Ereignisse, und MVP-Modelle haben oft Schwierigkeiten, diese zu berücksichtigen. [3] Genetische Stochastik Kleine Populationen sind anfällig für genetische Stochastik, die zufällige Änderung der Allelfrequenzen im Laufe der Zeit, auch als genetische Drift bekannt. Genetische Drift kann dazu führen, dass Allele aus einer Population verschwinden, was die genetische Vielfalt verringert. In kleinen Populationen kann eine geringe genetische Vielfalt die Inzuchtraten erhöhen, was zu einer Inzuchtdepression führen kann, bei der eine Population, die aus genetisch ähnlichen Individuen besteht, an Fitness verliert. Inzucht in einer Population verringert die Fitness, indem schädliche rezessive Allele in der Population häufiger werden und auch das Anpassungspotential verringert wird. Die sogenannte "50/500-Regel", bei der eine Population 50 Individuen braucht, um eine Inzuchtdepression zu verhindern, und 500 Individuen, um sich gegen genetische Drift insgesamt zu schützen, ist ein häufig verwendeter Maßstab für ein MVP, aber eine aktuelle Studie legt nahe, dass dies Die Leitlinie ist nicht auf eine große Vielfalt von Taxa anwendbar. [4] [3]

MVP berücksichtigt keine externen Eingriffe. Daher ist es für Naturschutzmanager und Umweltschützer nützlich, eine Population über das MVP hinaus zu erhöhen, indem ein Zuchtprogramm in Gefangenschaft verwendet wird oder andere Mitglieder der Art aus anderen Reservaten gebracht werden.

Über die Genauigkeit von PVAs gibt es natürlich einige Diskussionen, da für die Vorhersage im Allgemeinen eine Vielzahl von Annahmen erforderlich sind aus Gründen der Naturschutzbiologie und der Aktionspläne zur Biodiversität angenähert. [3]

Es gibt einen deutlichen Trend zu Insellage, überlebenden genetischen Engpässen und einer R-Strategie, die weitaus niedrigere MVPs als der Durchschnitt ermöglicht. Umgekehrt sind Taxa, die leicht von Inzuchtdepression betroffen sind – mit hohen MVPs – oft entschieden K-Strategen mit geringer Populationsdichte, während sie in einem weiten Bereich vorkommen. Ein MVP von 500 bis 1.000 wurde oft als Durchschnitt für terrestrische Wirbeltiere angegeben, wenn Inzucht oder genetische Variabilität ignoriert werden. [6] [7] Wenn Inzuchteffekte miteinbezogen werden, gehen die Schätzungen des MVP für viele Arten in die Tausende. Basierend auf einer Metaanalyse der in der Literatur angegebenen Werte für viele Arten, Traill et al. berichtet über Wirbeltiere "eine artenübergreifende Häufigkeitsverteilung von MVP mit einem Median von 4169 Individuen (95% CI = 3577–5129)." [8]


Bedrohte Arten? Wissenschaft zur (genetischen) Rettung!

Wie die dem Untergang geweihte Reisetaube von 1914 steht die rosa Taube von Mauritius am Rande eines Abgrunds. Nachdem er beobachtet hat, wie all seine anderen Tauben-Cousins ​​auf dieser abgelegenen Insel aussterben&8212, einschließlich des Dodo, schaut sein berüchtigter Inselkamerad" zuletzt im Jahr 1662 gesehen" dieser rosige Vogel blickt nun in die dunkle Speiseröhre des Aussterbens selbst.

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Nachdem sie in den 1990er Jahren auf eine Population von nur noch etwa neun Individuen zurückgegangen waren, sind die Stutenvögel heute wieder auf eine Population von etwa 400 angewachsen. Aber diese Zahl ist immer noch klein genug, um sie gefährlich verwundbar zu machen. Der Mangel an genetischer Vielfalt der rosafarbenen Taube hat sie zunehmend anfällig für eine parasitenverursachende Krankheit namens Trichomonose gemacht, die mehr als die Hälfte ihrer Küken tötet und das Populationswachstum einschränkt.

Zum Glück ist es nicht mehr 1662. Heute könnte ein sich entwickelndes Schutzinstrument dazu beitragen, diese Vögel vor dem Aussterben zu retten: genetische Rettung. Es funktioniert, indem es dieser Art von Populationen mit prekärer Zahl genetische Vielfalt hinzufügt – durch Einführung bestimmter Individuen oder möglicherweise durch direktes Bearbeiten ihrer Gene eines Tages. Wenn es funktioniert, könnte die Zukunft dieser Taube wieder so rosig sein wie ihr Gefieder.

“Wir wollen versuchen, ihnen die Werkzeuge zur Bekämpfung dieser Krankheit an die Hand zu geben,”, sagt Camilla Ryan, eine Doktorandin, die die Mauritius-Taube mit dem Genomforscher Matt Clark an der englischen Earlham University studiert. “Die Vögel haben nicht die Anzahl oder möglicherweise die genetische Vielfalt, um die Krankheit selbst zu bekämpfen.”

Clark und Ryan hoffen, diese Population wieder auf die Beine zu stellen, indem sie die Gene lokalisieren, die diese Vögel überhaupt so anfällig machen. Anschließend werden in Zoos und Parks auf der ganzen Welt in Gefangenschaft gehaltene rosa Tauben auf der Suche nach Genen untersucht, die besser zur Bekämpfung der Krankheit geeignet sind, mit dem ultimativen Ziel, diese möglicherweise mit der Wildpopulation zu paaren. Das Team hat bereits genetische Daten von 180 verschiedenen rosa Tauben generiert.

Dennoch bleiben die beiden bei der Umsetzung einer Technik vorsichtig, die seit ihrer Einführung in den 1990er Jahren Kontroversen ausgelöst hat, in den typischen Fällen der Rettung von Florida-Panthern und Illinois-Präriehühnern. Sie sind nicht allein: Viele Naturschützer argumentieren, dass der Ansatz unvorhergesehene Probleme für gefährdete Arten schaffen könnte und dass er nicht die zugrunde liegenden Probleme löst, die so viele Arten an den Rand des Aussterbens bringen, einschließlich des Verlusts von Lebensräumen aufgrund der menschlichen Entwicklung.

Aber da der Mensch weiterhin in wilde Lebensräume vordringt und globale Klimamuster verändert, hat sich die Situation für viele Arten dramatischer entwickelt. Jetzt wenden sich viele Forscher der genetischen Rettung zu, um diese am stärksten gefährdeten Arten vor dem Aussterben zu bewahren. In fernerer Zukunft glauben einige Wissenschaftler, dass wir in der Lage sein könnten, noch weiter zu gehen und Tiere genetisch so zu verändern, dass sie besser an ihre sich schnell verändernde Umgebung angepasst sind.

Aber lassen Sie uns nicht zu weit vorgreifen. Im Moment konzentrieren sich die Wissenschaftler darauf, ihre Genomik-Tools zu schärfen. 

Die Kreuzung von Vögeln in Gefangenschaft mit Wildvogelpopulationen kann gemischte Auswirkungen auf deren Genome haben. Diese heimischen Felsentauben schweben über dem Hurlstone Park, einem Vorort von Sydney. (Toby Hudson)

Wenn Populationen wie die rosafarbene Taube auf den zwei- oder sogar einstelligen Wert schrumpfen, erleben sie eine sogenannte Inzuchtdepression. Das bedeutet im Wesentlichen, dass ihr Genpool weniger Vielfalt aufweist, was es für sie schwieriger macht, Herausforderungen in ihrer Umgebung zu meistern. Anzeichen dafür wurden bei zahlreichen Arten gefunden, darunter eine  isolierte Population von Wölfen in Michigan, wo Individuen begannen, eine ungewöhnliche gewölbte Haltung und Stummelschwänze zu entwickeln, die möglicherweise Anzeichen für einen schlechten Gesundheitszustand sind.

Jetzt durchkämmen Ryan und Clark historische Gewebeproben aus fünf Museen in ganz Europa, um nach Genen zu suchen, die ältere rosafarbene Tauben möglicherweise einst gegen Krankheiten abwehren mussten, bevor die Inzuchtdepression Einzug hielt. Das Team wird dann nach in Gefangenschaft lebenden Vögeln suchen, die diese historischen hilfreichen Gene beibehalten haben könnten, um sie mit der Wildpopulation zu paaren.

Klingt ziemlich einfach, oder? Leider ist es nicht so einfach, eine genetische Gottheit zu spielen.

Jeder Genotyp, den Sie in die bestehende Population einführen, hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Das Team muss also aufpassen, dass keine neuen Probleme in das Immunsystem der Wildvögel eingebracht werden, sagt Clark. “Sie könnten am Ende eine Population züchten, die sich sehr erfolgreich abwehrt Trichomonas, aber was Sie getan haben, ist versehentlich die Vielfalt im Immunsystem verringert,&8221 sagt Clark.

Wenn dies der Fall ist, fügt er hinzu, könnte eine neue Krankheit, auf die sie nicht vorbereitet waren, theoretisch die gesamte Bevölkerung treffen und auslöschen.

Bei der Paarung von Vögeln in Gefangenschaft mit Wildvögeln besteht auch die Gefahr, dass Gene eingeschleust werden, die die Vögel in Gefangenschaft entwickelt haben, um in Gefangenschaft zu überleben, wodurch die Fähigkeit der Wildvögel, in der Wildnis zu überleben, geschwächt wird. “Sie haben es noch schlimmer gemacht, als Sie versucht haben, ihnen zu helfen,” Clark. Diese Bedrohung, die als Outbreeding-Depression bezeichnet wird, verunsichert Naturschutzbiologen und ist ein Hauptargument gegen eine breitere Anwendung der genetischen Rettung.

Der Florida-Panther ist ein Markenzeichen dafür, wie genetische Rettung helfen kann, Arten vor dem Aussterben zu bewahren. (US-amerikanischer Fisch- und Wildtierdienst)

Trotz dieser Risiken haben mehrere Erfolgsgeschichten gezeigt, dass die genetische Rettung  kann Arbeit. Eine der wichtigsten Erfolgsgeschichten von Naturschützern ist der Florida-Panther.

Diese große, ikonische Katze lauerte einst in großer Zahl durch den Südosten der USA und genoss ihren Status als Top-Raubtier und wichtiges Mitglied des Ökosystems. Aber in den 1970er Jahren war die Population durch den Verlust von Lebensräumen und die Jagd auf 12 bis 20 Erwachsene geschrumpft. Nicht nur ihre Zahl war düster, sondern fast alle männlichen Panther zeigten Anzeichen einer Inzuchtdepression, einschließlich Hodenhochstand, abgeknicktem Schwanz und geringer Spermienzahl.

 Naturschützer wollten diese Katze nicht sehen—, die dazu beitrug, die Populationen von Weißwedelhirschen, Wildschweinen und anderen Beutetieren in Schach zu halten—aussterben. 1995 arbeitete der U.S. Fish and Wildlife Service mit einem Forscherteam zusammen, um acht weibliche Berglöwen aus Texas zu transferieren, um sich mit den Florida-Panthern zu paaren. Sie hofften, dass die Berglöwen, eine Unterart des Panthers, den Genpool revitalisieren und die Populationsgröße erhöhen würden.

Stuart Pimm, Naturschutzökologe an der Duke University, sagt, er habe zunächst seine Zweifel gehabt. Wenn man versuchte, eine Spezies zu retten, die so selten geworden war, dass sie genetische Schäden aufwies, glaubte er, dann sei es bereits zu spät, sie zu retten. Viele seiner Kollegen stimmten zu. “Sie haben eher das Symptom als die Ursache behandelt,” Pimm und nennt in diesem Fall den Verlust des Lebensraums als Hauptursache.

Aber die Forscher gingen voran und paarten die Panther und die Berglöwen. Erstaunlicherweise schienen ihre Bemühungen zu funktionieren. Die Pantherpopulation wuchs und die nächste Generation schien frei von geknickten Schwänzen, abgestiegenen Tentakeln und anderen Anzeichen von Inzucht. “All diese Dinge sind verschwunden,”, sagt Pimm. Zehn Jahre später führte Pimm eine Folgestudie durch, die zeigte, dass sie eine wachsende Bevölkerung ohne diese Anzeichen einer Inzuchtdepression erhalten hatten.

“Es war schnell, es war ein sehr effektiver Prozess,” er sagt jetzt.

Weitere Erfolgsgeschichten tauchten in den 1990er Jahren auf. Zum ersten Mal seit Jahrzehnten wuchsen große Präriehühnerpopulationen (obwohl  neuere Studien die Rolle der genetischen Rettung für diesen Erfolg in Frage stellten), zusammen mit der Schwedischen Kreuzotter, einer giftigen Schlange, die unter Inzucht gelitten hatte. Heute hat Pimm seine Einstellung geändert: Er glaubt nun, dass genetische Rettung ein ausgezeichnetes Werkzeug in der Werkzeugkiste von Naturschützern sein kann, und erwägt, sie zum Schutz anderer Spitzenprädatoren, einschließlich Löwen in Afrika, einzusetzen.

Florida-Panther sind zu einer Ikone des genetischen Rettungserfolgs geworden. (Michaelstone428 )

Da Forscher auf der ganzen Welt erwägen, genetische Rettung zu implementieren, müssen sie besser verstehen, wie sich das Risiko einer Auszuchtdepression von Art zu Art unterscheiden könnte. Da die  genetische Rettung so umstritten ist, gibt es leider nur wenige Fälle , die diese Informationen liefern könnten.

Selbst die Erfolgsgeschichten von Panthern, Hühnern und Nattern enthalten nur begrenzte Informationen darüber, wie sich der Mechanismus von einer Spezies auf eine andere übertragen könnte, sagt Andrew Whiteley, ein Forscher für Naturschutzgenomik an der University of Montana. Das liegt zum Teil daran, dass diese Fälle nicht systematisch durchgeführt wurden, sondern eher ein letzter verzweifelter Versuch, eine vom Aussterben bedrohte Art zu retten.

“Dies geschah als Reaktion auf dringende Bedenken des Managements. “Diese Unsicherheiten werden also bleiben.”

Um diese Wissenslücken zu schließen, hat Whitely Experimente mit Bachforellen durchgeführt, einer Spezies, die experimentell leichter zu untersuchen ist als mit großen Raubtieren, bei der sein Team Fische in vier verschiedene isolierte Populationen gebracht und Fische von anderswo eingeführt hat, um sich mit ihnen zu paaren. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass die erste Paarungsrunde erfolgreich war, aber der wahre Maßstab für den Erfolg wird die Überlebens- und Fortpflanzungsfähigkeit der zweiten Generation sein. Hier treten tendenziell Symptome einer Auszuchtdepression auf.

Er plant, eine umfassende Bewertung der Überlebens- und Fortpflanzungsfähigkeit der zweiten Generation durchzuführen und einen sogenannten Stammbaum zu erstellen, um zu sehen, wie Gene durch das System fließen. “Und schließlich graben wir uns in die Genomik ein, um auf Genomebene zu verstehen, was passiert ist, als dieser Puls des Genflusses in diese kleine Population eindrang,”, sagt Whiteley. “Das sind die Datentypen, die wir brauchen, um solide Empfehlungen abgeben zu können.”

Die Kreuzung von Vögeln in Gefangenschaft mit Wildvogelpopulationen kann gemischte Auswirkungen auf deren Genome haben. Hier eine wilde Felsentaube im Flug. (Alan D.Wilson)

Wenn die traditionelle Form der genetischen Rettung als umstritten angesehen wird, wird eine neu entwickelte Iteration wie ein viel lauteres Hurlaboo beginnen. Heutzutage erwägen Biologen, buchstäblich an tierischen Genomen herumzubasteln, indem sie sie gentechnisch so verändern, dass sie bestimmte Eigenschaften haben.

Robert Fleischer, Leiter des  Center for Conservation Genomics am Smithsonian’s National Zoo & Conservation Biology Institute, erwägt diese Option, um Vögel auf Hawaii resistent oder tolerant gegen Vogelmalaria zu machen, einen vom Menschen eingeführten Krankheitserreger, der viele hawaiianische Vögel vernichtet Bevölkerung heute. Aber Forscher in seiner Gruppe und anderswo sagen, dass sie sich erst in der Vorstufe der Untersuchung dieser Technik befinden.

“Wir sind noch nicht in der Phase der Rettung, wir bereiten nur die Weichen dafür, wenn es klappt,”, sagt Fleischer.

Oliver Ryder, Director of Conservation Genetics bei San Diego Zoo Global, sagt, dass diese Techniken eines Tages von unschätzbarem Wert sein könnten, aber dass breitere Diskussionen über Ethik und Logistik an erster Stelle stehen müssten. In diesen Diskussionen müssten die Forscher die mit jedem Fall verbundenen Risiken abwägen, einschließlich des Risikos, dass die Bemühungen einfach nicht funktionieren würden.

“Trotz aller Bemühungen würde der Erreger einen Weg finden, die Lösung oder das Engineering zu umgehen,”, sagt Ryder, “der gesamte Aufwand würde nicht ausreichen, um das Aussterben der Art zu verhindern.”

Ryder ist an einer breiteren Anstrengung beteiligt, einen weiteren genetischen Rettungsansatz zu entwickeln, und ist daran interessiert, ihn zur Rettung des Nördlichen Breitmaulnashorns einzusetzen. Die Technik, die noch Jahre entfernt ist, würde Stammzelltechnologie verwenden, um Eier und Spermien aus gefrorenen Nördlichen Breitmaulnashörnern zu produzieren, die im San Diego Zoo Global gelagert werden. Sein Team untersucht auch die Verwendung von gefrorenem Sperma, um Embryonen aus Eiern zu erzeugen, die entweder von den letzten lebenden Weibchen oder durch Stammzelltechniken gewonnen wurden. Sie würden dann theoretisch Embryonen in eng verwandte Nashörner übertragen, die als Ersatz dienen würden. 

Dieses Nashorn ist der perfekte Kandidat für einen solchen Ansatz, zum Teil weil es nur noch drei dieser Individuen gibt, die alle nicht in der Lage sind, sich auf natürliche Weise zu vermehren, sagt Ryder. “Das Nördliche Breitmaulnashorn ist funktionell ausgestorben,”, sagt Ryder. “Die einzige Möglichkeit, sie vor dem Aussterben zu bewahren, besteht darin, sie mit Hilfe fortschrittlicher Gen- und Reproduktionstechnologien genetisch zu retten.”

Im Moment sind sich die Forscher im Allgemeinen einig, dass die traditionelle genetische Rettung ohne genetische Veränderung die unmittelbarste Lösung für die Erhaltung bietet. Es wird jedoch nie die endgültige Lösung sein, um degradierende Bevölkerungsgruppen zu retten. Stattdessen bietet es eine Überbrückungsmöglichkeit, um andere übergeordnete Probleme wie die Verringerung der Isolation und die Verbesserung des Lebensraums anzugehen, sagt  Chris Funk, ein Forscher an der Colorado State University, der Studien über  Trinidad-Guppys durchgeführt hat, um zu verfolgen, wann und wie eine Outzucht-Depression auftreten kann .

Funk bezeichnete sich wie Pimm zunächst als Skeptiker, nicht weil er nicht glaubte, dass genetische Rettung funktionieren könnte, sondern weil er sich als Purist in Sachen Naturschutz betrachtete. Aber da immer mehr Bevölkerungen isoliert und durch den zunehmenden menschlichen Druck und die Entwicklung bedroht werden, hat er erkannt, dass möglicherweise einige Kompromisse erforderlich sind. “Es gibt immer mehr Beweise dafür, dass es unter vielen Umständen funktionieren kann”, sagt Funk.

"Wir werden uns nicht den Luxus leisten können, diese puristische Einstellung zu haben", fährt er fort. “Wenn wir diese Populationen in der Landschaft haben wollen, müssen wir genetische Rettung einsetzen, um sie vor dem Aussterben zu bewahren.”

Über Laura Poppick

Laura ist eine freiberufliche Autorin mit Sitz in Portland, Maine und schreibt regelmäßig für die Sektion Wissenschaft.


Kann eine Fülle von Weibchen Reptilienarten vor dem Klimawandel retten?

Ein neues Papier veröffentlicht in BMC Ökologie heute fragt, ob der Klimawandel das Geschlechterverhältnis bestimmter Reptilien beeinflussen könnte, was zu einem potenziellen Aussterberisiko führen könnte. In diesem Gastblog beschreibt Lisa Schwanz, eine der Autoren, was sie gefunden haben.

Als Menschen gehen wir davon aus, dass jedes Jahr ungefähr gleich viele Söhne und Töchter in unsere Populationen geboren werden. Aber haben Sie jemals darüber nachgedacht, welche Probleme entstehen würden, wenn wir 75 % Söhne produzieren würden? Oder 90% Töchter?

Während dies nur ein Gedankenexperiment für den Menschen ist, ist es für viele Reptilienarten auf der ganzen Welt, deren Geschlechterverhältnis mit dem Klima verknüpft ist, Realität. Bei den meisten Schildkröten und vielen Eidechsen wird das Geschlecht eines Individuums während der Embryonalentwicklung durch die Bruttemperatur der Eier bestimmt – eine Eigenschaft, die als temperaturabhängige Geschlechtsbestimmung bekannt ist. Das Kontrastsystem bei Säugetieren, Vögeln und anderen Reptilien umfasst Geschlechtschromosomen (z. B. weibliches XX und männliches XY) und ist relativ temperaturunempfindlich.

Der starke Zusammenhang zwischen Temperatur und individuellem Geschlecht bei Reptilienarten hat zu Bedenken geführt, dass das Klima und der Klimawandel das Geschlechterverhältnis der gesamten Nachkommenkohorte beeinflussen und das Aussterberisiko erhöhen könnten.

Bei Schildkröten können in warmen Jahren 100 % Weibchen und in kalten Jahren 100 % Männchen schlüpfen. Es gibt ein ungewöhnliches Reptil in Neuseeland, das Tuatara genannt wird, das das entgegengesetzte Muster zeigt, bei dem Männchen bei warmen Temperaturen und Weibchen bei kalten Temperaturen produziert werden. Eine große Anzahl von Eidechsenarten entwickelt sich nur bei mittleren Temperaturen als Männchen und bei beiden Extremen als Weibchen.

Aufgrund eines Mangels an empirischen Daten in der Literatur haben wir Computersimulationen durchgeführt, um diese Frage zu beantworten, mit dem Ziel, Einblicke in grundlegende Prozesse zu gewinnen, die in jeder Art ablaufen können, anstatt den Fokus auf eine einzelne Art zu richten.

Wichtig war, dass wir wussten, dass der Einfluss des Klimas auf die Populationspersistenz entscheidend von zwei Faktoren abhängen würde – wie verzerrt die Geschlechterverhältnisse sind und welcher Anteil der Männchen für die Fortpflanzung der Weibchen in einer Population notwendig ist. Die Anzahl der Weibchen in einer Population ist entscheidend für die Persistenz, da sie die Anzahl der Nachkommen begrenzt, die produziert werden können. Intuitiv kann ein weiblich-voreingenommenes Geschlechterverhältnis die Persistenz der Population unterstützen, solange das Paarungssystem polygam ist und es „gerade genug“ Männchen gibt, um alle Weibchen zu befruchten.

Zum Vergleich haben wir unsere Ergebnisse für temperaturempfindliche Arten denen für Arten ohne temperaturabhängige Geschlechterverhältnisse (d. h. mit Geschlechtschromosomen) gegenübergestellt. Für Arten ohne temperaturabhängige Geschlechterverhältnisse fanden wir, dass die geografische Reichweite allein durch die Auswirkungen des Klimas auf die Überlebens- und Schlüpffähigkeit eines Embryos (d. h. eines Eies) begrenzt ist. Wenn genügend Jugendliche in die Population rekrutieren, um sterbende Erwachsene zu ersetzen, wird die Population bestehen bleiben.

Im Gegensatz dazu wurden die Reichweitengrenzen für eine Art, deren Geschlechterverhältnis von der Temperatur bestimmt wird, durch den Einfluss des Klimas stark reduziert. An den Rändern des Verbreitungsgebiets können Eier ausreichend gut schlüpfen, aber es werden zu wenige Männchen oder zu wenige Weibchen produziert, um zukünftige Generationen zu ernähren.

Populationen existieren jedoch nicht isoliert. Durch Verbreitung sind sie mit anderen Populationen verbunden. Und die Zerstreuung kann einen Einwanderer des „seltenen“ Geschlechts bringen.

Sobald wir die Streuung hinzufügen, ändern sich die Vorhersagen unseres Modells auf dramatische Weise. Importantly, species with temperature-driven sex ratios push their range boundaries to greater climatic extremes than species without biased sex ratios, as long as the rare sex immigrates to the biased populations at the range boundary.

To understand why this happens, consider a very warm population of a reptile without temperature-driven sex ratios. Most of the eggs die from overheating, and those eggs that do hatch are 50% males and 50% female. Not enough females hatch to become adults and sustain the population. Immigration can help support a few populations, but not many.

Now consider a population with temperature-driven sex ratios at the same warm climate. Similarly, only a small number of eggs hatch, but now all of the offspring are females. This means twice as many females hatch in a warm population if sex ratios are driven by climate compared to if they are not. This is a problem if there are no males to mate with. But add in the possibility of males dispersing from the colder part of the range, and you have enough reproductively-competent females to sustain the population.

Overall, when males disperse from their population or origin, the geographic range of species with temperature-driven sex ratios shifts into relatively warm (female-producing) climates. In contrast, when females disperse, the range shifts to relatively cold (male-producing) climates.

This might be good news for the majority of reptile species facing climatic warming. Most species with temperature-driven sex ratios overproduce females at warm temperatures and have male-biased dispersal. As long as some populations produce sufficient sons to disperse across the range, some populations may thrive under a warming climate.

Our next step in this research is to address this very question – how do climate-driven sex ratios influence the rate at which populations grow or decline under warming climates? The result will tell us whether reptiles with temperature-driven sex ratios are more vulnerable to climatic warming, or whether they have an advantage over their cousins with 50:50 sex ratios.

Lisa Schwanz is a Senior Lecturer and holds an ARC Discovery Early Career Researcher Award in the School of Biological, Earth and Environmental Sciences and Evolution & Ecology Research Centre at the University of New South Wales.


Critically endangered species successfully reproduced using frozen sperm from ferret dead for 20 years

Black-footed ferrets, a critically endangered species native to North America, have renewed hope for future survival thanks to successful efforts by a coalition of conservationists, including scientists at Lincoln Park Zoo, to reproduce genetically important offspring using frozen semen from a ferret who has been dead for approximately 20 years. The sire, "Scarface," as he is affectionately called by the team, was one of the last 18 black-footed ferrets to exist in the world in the 1980s. Eight kits, including offspring of Scarface, were born recently, significantly increasing the gene diversity of this endangered population that a dedicated team is working to recover in the wild.

Their work published Aug. 13 in the journal Animal Conservation "Recovery of Gene Diversity Using Long-Term Cryopreserved Spermatozoa and Artificial Insemination in the Endangered Black-Footed Ferret."

Partners working to save black-footed ferrets from extinction, and recover a healthy population back to the wild include Lincoln Park Zoo, The Smithsonian Conservation Biology Institute (SCBI), U.S. Fish and Wildlife Service, Louisville Zoological Garden, Cheyenne Mountain Zoo, Phoenix Zoo and Toronto Zoo.

"Our study is the first to provide empirical evidence that artificial insemination with long-stored spermatozoa is not only possible but also beneficial to the genetic diversity of an endangered species," said David Wildt, lead author, senior scientist and head of the Center for Species Survival at SCBI. "What we've done here with the black-footed ferret is an excellent example of how sperm preservation can benefit species recovery programs."

The U.S. Fish and Wildlife Service developed and oversee the Black-Footed Ferret Recovery Program. The Association of Zoos and Aquariums' Species Survival Plan manages the black-footed ferret breeding program at ex situ facilities, the breeding population in which is comprised of approximately 300 animals.

"The entire species survival depends on successful captive management to ensure healthy genetics over the next 100 years and to produce individuals for the reintroduction program," explained Black-Footed Ferret Reproduction Advisor Rachel Santymire, PhD, director of the Davee Center for Endocrinology and Epidemiology at Lincoln Park Zoo. "To balance out these demands on the breeding program, we have to ensure that each individual ferret passes its genes on to the next generation."

Over the past several years, the team has been developing assisted reproductive technology like artificial insemination and semen cryopreservation. For this study, all of the males were managed either at SCBI or at the USFWS National Black-Footed Ferret Conservation Center. Scientists collected semen samples from adult black-footed ferrets that ranged in age from one to six years old. All females were managed at SCBI.

Initially, scientists used fresh semen to artificially inseminate females who failed to naturally mate with males, resulting in 135 kits. With just a few founders to rebuild an entire species, early managers of the black-footed ferret recovery program knew that genetic diversity would be lost. Loss of genetic variation can lead to increased sperm malformation and lower success of pregnancy over time. Researchers, led by Santymire, routinely collected and preserved black-footed ferret semen for later use as part of standard operating procedures.

SCBI developed a successful laparoscopic artificial insemination technique for black-footed ferrets. Females are induced ovulators, which mean that mating itself causes the ovary to release its eggs. SCBI researchers developed a hormone treatment that artificially causes ovulation to occur. Scientists then deposited the male's fresh or frozen-thawed sperm directly into the female's uterus. Animal care staff closely monitored potentially pregnant females by taking weight measurements and remote monitoring of the nest boxes via closed-circuit cameras.

During the 2008 breeding season, SCBI scientists used semen samples from four male black-footed ferrets donors that had been frozen for 10 years. Black-footed ferret Population Advisor Colleen Lynch of Riverbanks Zoo and Garden conducted population genetic analysis to select pairings of deceased sperm donors with living females based on several genetic metrics including mean kinship of the parents and inbreeding coefficients of potential offspring to maximize the genetic benefit of successful pairings. In the years that followed, subsequent AIs incorporated semen that had been cryopreserved up to 20 years, also resulting in successful pregnancies.

"Our findings show how important it is to bank sperm and other biomaterials from rare and endangered animal species over time," said Paul Marinari, senior curator at the Smithsonian Conservation Biology Institute. "These 'snapshots' of biodiversity could be invaluable to future animal conservation efforts, which is why we must make every effort to collect, store and study these materials now."


The science of ‘de-extinction’: Can cloning bring extinct animals back to life?

Which theme park would you rather visit – the one with roaming dinosaurs or the one with a bunch of pigeons? At least the pigeons wouldn’t eat you.

While Jurassic Park remains a fantasy – the latest research indicates the DNA techniques used to recreate dinosaurs in Michael Crichton’s novel and Steven Spielberg’s subsequent movie are not possible – scientists are confident they can bring back an extinct bird.

For its first project in ‘de-extinction’, the Revive & Restore initiative in the US aims to resurrect the North American passenger pigeon, which became extinct in 1914.

While separate attempts to revive the Tasmanian tiger, the California condor and the woolly mammoth may seem more attention-grabbing, the pigeon project could prove to be a milestone in de-extinction.

Its population fell from billions to nothing in the space of a century, but there are hundreds of preserved specimens with extractable DNA to work from. The first step on the road to re-introducing the passenger pigeon will be to sequence the DNA of its nearest living relative, the band-tailed pigeon.

Revive & Restore wants to help scientists attempting to bring extinct species back to life. It also wants to establish an ethical framework for such practices.

On Friday, it will host a day-long TEDx conference in Washington on the subject. Speakers will include experts from the fields of genetics, conservation and biology.

Proponents of de-extinction insist it is viable and point to a recent Spanish experiment in which a Pyrenean ibex, or mountain goat, which went extinct more than ten years ago, was cloned and brought to life, albeit only for a few minutes before it died because of breathing difficulties.

The big question, of course, is one of ethics – why should we play God to bring back extinct animals?

‘We are bringing back extinct species in order to preserve biodiversity, to undo harm that humans have caused in the past and restore ecosystems, and because it’s just the right thing to do,’ said Ryan Phelan, executive director at Revive & Restore.

‘Did we play God when we drove most of these species to extinction? Humans have actually been “meddling” with nature for thousands of years— look at the breeding of horses or dogs, for instance.

‘Through rapidly advancing genomic technology and techniques, it is becoming possible to reconstitute the genomes of extinct species using preserved specimens and archaeological artefacts.

‘Revive & Restore is working with de-extinction scientists worldwide to build a roster of potentially revivable species and establish criteria for which are the most practical and desirable species for conservation and molecular biologists to attempt to bring back.’

Extinction is big news. An exhibition at the Natural History Museum in London, ‘Extinction: Not the End of the World?’, even goes so far as to ask if humankind will destroy itself.

It points out that extinction is a ‘natural part of life on Earth’ and that the animals and plants alive today would not have survived without it.

Ms Phelan said that de-extinction has the same aim as conservation.

‘The highest priority of conservation is to first protect living, endangered species, but de-extinction methodologies can be used to help reduce the threat to some of these species,’ she said.

‘For the species that are revivable, de-extinction project will take decades, if not centuries to complete, so it is extremely important that de-extinction is not seen as a replacement for conservation. In most cases, once a species is extinct, it is truly gone forever.’

Despite these assertions, the World Wide Fund for Nature (WWF) believes we need to concentrate on the species currently under threat, rather than ploughing resources into bringing back those which are extinct.

Glyn Davies, director of global programmes at WWF-UK, said: ‘Although this is exciting technology, it’s important to remember that we are only looking at the possibility because we have failed to look after our natural world.

‘It’s much more important to safeguard species now for a healthy and varied planet and it’s much less expensive to keep thriving populations of plants and animals alive in the wild.’

Revive & Restore insists that transparency and ethics are key to its goals.

‘De-extinction projects are also not going to be hasty or ill-conceived projects,’ said Ms Phelan.

‘First, extensive research about a candidate species is conducted before moving into a lab setting for genomic work to revive the species.

‘Then, once the initial revival is completed, the species will be bred in captivity. The growing population will be studied and then eventually moved to quarantine areas for further observation and analysis.

‘Getting the okay from regulatory agencies will be required before the creatures are ultimately re-introduced to the wild.’

While it might take years before we are petting a woolly mammoth in a zoo for cloned animals, Ms Phelan believes that breakthroughs are on the horizon.

‘There is no doubt that we will see significant de-extinction milestones within the next decade,’ she said.

‘Further de-extinction work is currently underway and species revival projects will rapidly advance. As a field of study and research, we project that de-extinction is poised to rapidly grow into its own discipline.’


The Last Resort for Northern White Rhinos

Northern white rhinos, a subspecies with only three left in its population, would require nothing short of a miracle to be saved from extinction.

The trio, two females and a male, are watched 24/7 by armed guards, who make sure they don't succumb to poachers at their home in the Ol Pejeta Conservancy in Kenya.

Last November, a tweet went viral that showed Sudan, the male, lying on the ground. The tweet came from biologist Daniel Schneider, who underscored that Sudan was the last male of his species.

It wasn't the first time Sudan stirred public sympathy. In May of last year, Ol Pejeta partnered with Tinder to launch a campaign to raise awareness about the rhino, "the most eligible bachelor in the world."

The campaign's goal was to raise money to fund new assisted reproductive techniques.

The price to make that happen? A whopping $9 million. But scientists say they aren't ready to give up quite yet.


Schau das Video: Kann ich nur mit Mauzi Pokémon Schild durchspielen? (Kann 2022).


Bemerkungen:

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