Генетики раскрыли тайну ангольских «призрачных слонов»

ДНК, извлеченная из слоновьего помета, показала, что слоны, живущие на высокогорьях Анголы, относятся к отдельной генетической линии, связанной со слонами в Намибии.

Более 10 лет биолог-охранник природы Стив Бойес разыскивал сообщения о «призрачных слонах» — ночных гигантах, якобы обитающих в удаленном высокогорном водно-болотном угодье на востоке Анголы. В 2024 году их наконец сфотографировала камера с датчиком движения, после чего Бойес попросил ученых из Stanford ответить на более глубокий вопрос: кто эти слоны и откуда они пришли?

Ответ дала ДНК, полученная из помета. «Призрачные слоны» генетически отличаются от любой популяции, чьи геномы уже были секвенированы, а их ближайшее известное совпадение — слоны в Намибии, в сотнях миль к югу.

Геномный анализ возглавил Дмитри Петро́в, профессор Michelle and Kevin Douglas в School of Humanities and Sciences. «DNA is the molecule of life, and people have figured out how to read it faster and faster», — сказал Петро́в. — «It’s very powerful».

Поиски слонов и научная работа Stanford, стоящая за ними, вошли в новый документальный фильм National Geographic, снятый Вернером Херцогом. Лента следует за Бойесом, National Geographic Explorer, когда он добирается до Lisima Ly Mwono — высокогорного водно-болотного угодья, настолько изолированного, что команде пришлось переносить мотоциклы через реки, чтобы попасть туда.

Слоны крупнее других в регионе, активны ночью и ранее были известны только по местным наблюдениям. Бойес считает, что они могут быть живыми потомками крупнейшего когда-либо зарегистрированного наземного млекопитающего — слона по имени «Henry», убитого в Анголе в 1950-х годах; его останки находятся в Smithsonian National Museum of Natural History.

Как работали с образцами

Бойес передал образцы помета Петро́ву и Кэти Солари, старшему ученому в Petrov Lab и заместителю директора Program for Conservation Genomics at Stanford. Petrov Lab объединяет биологов, физиков и математиков, которые используют геномные инструменты для изучения эволюционной адаптации. Ключевым связующим звеном, которое привело работу в Petrov Lab, стала бывшая исследовательница Stanford Джордана Мейер, старший ученый проекта. В работе также участвовала еще одна бывшая исследовательница Stanford, Элли Армстронг.

В лаборатории исследователи поместили образцы в «bead basher» — машину, которая разрывает клетки, чтобы высвободить ДНК. Затем извлеченную ДНК отправили на секвенирующую машину, способную читать полный геном.

«This was a really great example of using non-invasive samples because you can’t even see the animal», — сказала Солари. — «The best we can do is get their feces and then throw all our genomic techniques at it to get tissue-level information».

Петро́в и Солари дорабатывают этот метод на разных млекопитающих, главным образом в Африке. Их работа показала, что если фекальный образец достаточно свежий, ученые могут собрать наружный слизистый слой, который может функционировать почти как образец ткани.

«Hopefully that sample has more elephant DNA in it than the other things that are in a fecal sample, which is also going to include DNA from their diet, microbiome, and parasites», — пояснила Солари.

Сравнение с другими популяциями

После того как команда получила геном «призрачных слонов», данные передали Карле Хоге, постдокторанту University of Chicago в лаборатории Джона Новембре, чтобы она сравнила их с последовательностями других слонов. Вскоре работа уперлась в ограничение. «Surprisingly, when we started this project, there wasn’t a lot of genetic information available for elephants», — сказала Солари. — «There were a few captive individuals that had been sequenced and aren’t helpful for this use case».

Поскольку первоначальное происхождение слонов в неволе часто остается неясным, Петро́ву и Солари понадобились геномные данные от диких популяций слонов рядом с «призрачными слонами», чтобы определить, связаны ли группы между собой.

Мейер и Солари месяцами собирали образцы крови и тканей у других слонов в регионе, где снимался документальный фильм, чтобы завершить сравнение.

«Carla’s analyses have shown that the ghost elephants are actually quite distinct from anything that we have sequencing for», — сказала Солари. — «We’ve been able to tell that they’re most genetically similar to elephants in Namibia, rather than in the Okavango Delta of Botswana, which is surprising».

Исследователям не удалось доказать генетическую связь между «призрачными слонами» и Henry. Пока единственное надежное генетическое свидетельство по Henry — митохондриальная ДНК, которая наследуется только по материнской линии, и она не связывает его с «призрачными слонами». Солари сказала, что дополнительные данные со временем могут снять этот вопрос.

Что уже удалось узнать

Образцы помета «призрачных слонов» дали не только сведения о происхождении. Они позволили Хоге идентифицировать отдельных слонов, определить их пол и оценить, были ли некоторые из них близкими родственниками.

«The fact that we can see distinct individuals is really important», — сказал Петро́в. — «It’s a very established method, which we’re now using to understand how big the population is. It’s great that we can get all this information without ever disturbing the animals».

«A lot of these populations we work on are endangered, so the question of conservation becomes central», — продолжил он. — «We try to figure out how we can go into nature and learn about how these ecosystems work so that ultimately we can protect them». Солари применяла тот же метод ДНК из помета для подсчета снежных барсов в Пакистане — еще одного скрытного вида, который трудно изучать только наблюдением.

Ученые Stanford также использовали environmental DNA (eDNA) в смежных исследованиях в Jasper Ridge Biological Preserve (‘Ootchamin ‘Ooyakma), доступной живой лаборатории. eDNA — это генетический материал, который организмы оставляют в воде, почве или воздухе; он дает ненавязчивый способ мониторинга экосистем.

Наука и поэтическая правда

Петро́в сказал, что ценит и повествовательное измерение проекта, и возможность работать с Film and Media Studies Department на показе фильма в кампусе в прошлом октябре. На показе прошла панельная дискуссия с Херцогом, Петро́вым, Солари и Павле Леви, Osgood Hooker Professor in Fine Arts.

По словам Петро́ва, эта дискуссия дала ученым и художникам возможность подумать о том, как данные и storytelling могут встречаться. «It added poetry to the whole process», — сказал он. — «I think there are very few places where you could have that conversation other than here at Stanford».

Фильм фиксирует один этап работы, однако научные вопросы остаются. Исследователи по-прежнему хотят понять, почему «призрачные слоны», похоже, восходят к Намибии, а не к популяции ближе к ангольским высокогорьям. «You solve one puzzle, and another puzzle shows up, and then we solve that one», — сказал Петро́в. — «It’s fun».