Артём Недолужко, научный руководитель Лаборатории палеогеномики Европейского университета в Санкт-Петербурге, совместно с коллегами из Якутска рассказал о том, откуда взялся и куда пропал пещерный лев.
Близкий родственник знакомого нам короля саванны — пещерный лев, он же Panthera spelaea. Этот вид появился в Евразии и распространился до Северной Америки — там от него отделился P. atrox, или американский лев. Этот хищник когда-то находился на вершине экологической пирамиды, но на сломе между плейстоценом и голоценом — вымер. Что знают ученые о пещерном льве? Научный коммуникатор ЕУСПб Юлия Лежнина выделила главное из обзорной статьи “20th anniversary of the history of genetic research on cave lions: A short review”, опубликованной в декабрьском номере журнала “Earth History and Biodiversity”.
Каких-то 14 500–12000 лет назад, занимая огромную территорию от Аляски и северо-западной Канады до Западной Европы, пещерный лев был главным хищником и грозой травоядной мамонтовой фауны (виды млекопитающих, обитавших в позднем плейстоцене 100–10 тысяч лет назад). Первые найденные окаменелости пещерного льва из-за своей фрагментарности не позволяли ученым дать однозначный ответ о происхождении этого вида. Сначала они предположили, что пещерные львы и современные тигры (P. tigris) близки по происхождению. А Николай Константинович Верещагин, российский палеозоолог, и вовсе назвал представителя этого вида «тигрольвом». Позднее российские ученые выделили отдельный берингийский подвид пещерного льва и назвали его P. spelaea vereshchagini в честь Верещагина.
В первом исследовании древней ДНК этого зверя использовались найденные в Германии и Австрии кости возрастом в 47 и 32 тыс. лет. Благодаря анализу коротких фрагментов ДНК митохондриального генома было сделано предположение, что пещерные и современные львы имели общего предка около 600 тыс. лет назад.
В следующем палеогенетическом исследовании ученые отобрали 52 образца представителей рода Panthera, в т. ч. материал современных львов из Африки и Индии, а также окаменелые остатки пещерных (P. spelaea) и американских львов (P. atrox), некогда населявших южную часть североамериканского континента. Обнаружилось, что популяции пещерных львов с территории Западной Европы и Берингии имеют много общего, а американский лев окончательно «отпочковался» от них около 337 тысяч лет назад.
В целом ученые считают, что волнообразное распространение популяций пещерных львов, а также других хищников (в частности, бурых медведей) из Евразии в Северную Америку зависело от колебаний уровня Мирового океана, связанных с ледниковыми максимумами. Вывод напрашивается сам: пещерные львы вымерли из-за драматических изменений окружающей среды и физического истребления человеком.
А что в России? Берингийский пещерный лев, или Panthera spelaea vereshchagini!
Изучение древней ДНК невероятно сложный процесс, в ходе которого нередко допускаются ошибки, но каждое следующее поколение ученых делает общую картину четче, а новые технологии и методы расширяют возможности науки.
Самое большое количество проанализированных остатков пещерных львов происходит с территории Сибири. Методы, примененные в анализе ДНК-последовательностей P. spelaea, говорят о том, что около 48 тыс. лет назад популяция берингийского пещерного льва (обитавшего в т. ч. на территории России) попала в так называемое генетическое «бутылочное горлышко» (сокращение генофонда). Но позднее, около 18 тыс. лет назад, популяция восстановилась — так происходило со многими представителями млекопитающих плейстоцена (мамонтовой фауны).
Новые методы приводят к переосмыслению данных. С помощью молекулярных часов (метод датирования эволюционных событий по изменчивости последовательности ДНК) ученые, используя последовательности митохондриальных геномов, несколько раз смогли уточнить время расхождения пещерных львов с предками P. leo. Наконец, вид «пещерный лев» разделили на два подвида: евразийский и берингийский.
Существует масштабное исследование образцов митохондриальной ДНК пещерных львов, живших на территории современных России, Канады, Германии, Нидерландов, Бельгии и Австрии — одни из них приблизительно датируются 13 500 л. н., другие — старше — 62 000 л. н. Сравнительный анализ этих двух групп показал расходящиеся, но тем не менее общие генетические линии у пещерных львов. Одна из групп соответствует берингийским образцам, выделенным российскими палеозоологами в уже упоминавшийся подвид P. spelaea vereshchagini, а вторая — евразийской митохондриальной линии.
Первое, но не последнее исследование ядерных геномов
Анализ ядерных геномов позволяет гораздо более детально оценить демографическую историю видов, сделать выводы об обстоятельствах их адаптации и вымирания, о процессах одомашнивания животных и растений. В настоящее время в открытом доступе имеются только два набора геномных данных берингийского пещерного льва (методами радиоуглеродного анализа их возраст оценивается в 30 000 лет).
Филогеномная реконструкция, созданная на основе последовательностей ядерных геномов представителей рода Panthera, подтверждает ранние предположения об эволюции пещерных львов от общего с P. leo предка. По этому принципу современных львов, обитающих в Африке и Азии, можно разделить на северных (куда входят в т. ч. азиатские, западноафриканские и североафриканские популяции) и южных (здесь — восточноафриканские, южноафриканские и центральноафриканские популяции). Все они восходят к P. leo. Две эти линии разошлись примерно 70 000 лет назад, но последующий обмен генами между этими популяциями, похоже, сохранялся. Правда, и он был в конце концов осложнен из-за резкого сокращения ареала P. leo и, наконец, из-за исчезновения особей этого вида с территории Азии и Северной Африки. Единственная популяция P. leo сохранилась в Национальном парке Гирский лес (Индия), но его особи генетически однородны — без регулярного мониторинга и должной охраны им грозит окончательное вымирание.
Методы D-статистики помогли оценить возможность потока генов между пещерным львом и предком современного льва после того, как те эволюционно «разошлись». Авторы одного из исследований объединили все доступные наборы геномных данных, полученных для различных популяций P. Leo, а именно: 12 исторических особей, некогда обитавших в Африке и на Ближнем Востоке, шесть образцов материала современных львов из Африки и Индии, два набора геномных данных пещерного льва из Сибири и Северной Америки, и одного дымчатого леопарда (в качестве аутгруппы). Оказалось, что после «расхождения» обмен генами между современным львом и сибирским пещерным львом практически прекратился. Зато юконский пещерный лев из Северной Америки имеет большое количество общих аллелей с современной популяцией южноафриканских львов, что, скорее всего, связано с тем, что геном пещерного льва из Северной Америки был прочитан с низким покрытием (с низкой достоверностью).
В 2017–2018 годах на берегу реки Семюелях (Якутия, Россия) были обнаружены остатки двух пещерных львят — «Бориса» и «Спарты». Новые экземпляры также продатировали при помощи радиоуглеродного анализа — их возраст составил 44163–48752 лет. Другие данные для этих особей, в том числе геномные, к настоящему времени не были опубликованы.
В то же время количество новых находок пещерных львов продолжает расти — виной тому тающая вечная мерзлота в Сибири и Северной Америке. Новые остатки этого хищника могут содержать большое количество неповрежденного генетического материала — можно сказать, что палеогенетические исследования пещерных львов, впрочем, как и мамонтовой фауны в целом, только начинаются.