Węże z gatunku Boiga irregularis, znane jako węże brunatne, stanowią jeden z najbardziej drastycznych przykładów inwazji biologicznej w historii. Gatunek ten, pochodzący z Australii i wysp południowego Pacyfiku, prawdopodobnie dotarł na Guam krótko po II wojnie światowej, najpewniej jako „pasażer na gapę” w ładowniach wojskowych samolotów transportowych. Skutki tej obecności okazały się katastrofalne dla lokalnego ekosystemu: węże doprowadziły do wyginięcia wielu gatunków rodzimych ptaków leśnych, a ich skłonność do wspinania się na słupy energetyczne powoduje setki awarii prądu rocznie. W niektórych rejonach wyspy zagęszczenie tych gadów osiąga niewyobrażalny poziom 30 tysięcy osobników na milę kwadratową.
Genetyczna zagadka inwazji
Biologów od lat nurtowało pytanie, jak tak niewielka grupa założycielska węży zdołała skolonizować całą wyspę. Z punktu widzenia genetyki populacja ta powinna cierpieć z powodu tzw. wąskiego gardła – sytuacji, w której mała liczba osobników prowadzi do chowu wsobnego, ograniczając różnorodność genetyczną i zdolności adaptacyjne gatunku. Zazwyczaj skutkuje to osłabieniem populacji, jednak w przypadku węży na Guam stało się coś odwrotnego: gatunek błyskawicznie się namnożył i przystosował do nowego środowiska.
Najnowsze badania, opublikowane w Science Advances przez zespół z University at Buffalo oraz U.S. Geological Survey, rzucają nowe światło na ten fenomen. Dzięki zastosowaniu zaawansowanej technologii sekwencjonowania długich odczytów (long-read sequencing), naukowcy odkryli, że węże te posiadają znacznie większą zmienność genetyczną, niż dotychczas sądzono. Zidentyfikowano ponad 19 000 dużych różnic genetycznych, czyli tzw. wariantów strukturalnych, polegających na duplikacjach, delecjach lub rearanżacjach fragmentów DNA.
Wąż brunatny może nie jest niezwykle zróżnicowany, ale posiada ważne źródła różnorodności genetycznej, które były niedoceniane – wyjaśnia dr Trevor Krabbenhoft, współautor badania.
Technologia, która zmienia perspektywę
Wcześniejsze metody sekwencjonowania DNA skupiały się głównie na zmianach pojedynczych par zasad (np. zamianie litery A na G). Nowoczesna technologia długich odczytów pozwala natomiast analizować znacznie większe, ciągłe fragmenty genomu, co umożliwia wykrycie zmian obejmujących 50 lub więcej par zasad. Łącznie warianty strukturalne wpływają na niemal osiem razy większą część genomu niż zmiany pojedynczych par.
Dr Levi Gray, badacz zaangażowany w projekt, porównuje to do analizy dwóch książek: starsze technologie pozwalały jedynie na sprawdzanie liter pod lupą, podczas gdy nowa metoda pozwala dostrzec, że całe akapity zostały przeniesione lub powielone w różnych miejscach chromosomu. To odkrycie pokazuje, że nasze rozumienie różnorodności genetycznej jest ściśle uzależnione od narzędzi, którymi dysponujemy.
Znaczenie odkrytych różnic
Analiza wykazała, że odkryte warianty strukturalne nie są rozmieszczone losowo. Wiele z nich koncentruje się w genach odpowiedzialnych za układ odpornościowy oraz zmysł węchu. Węże brunatne polegają na węchu podczas polowań i nawigacji, zbierając sygnały chemiczne za pomocą rozwidlonego języka. Naukowcy sugerują, że ta specyficzna różnorodność może tłumaczyć, dlaczego węże na Guam rzadziej polują na siebie nawzajem, mimo wysokiego stopnia pokrewieństwa – być może ich wyczulony węch pozwala im rozpoznawać inne osobniki jako „rodzeństwo”, a nie jako potencjalną zdobycz.
Odkrycie to ma znaczenie wykraczające poza problem inwazji na Guam:
Obecnie naukowcy nie są jeszcze w stanie jednoznacznie stwierdzić, czy te warianty genetyczne istniały u węży przed dotarciem na wyspę, czy też rozwinęły się już w trakcie inwazji jako odpowiedź na presję środowiskową. Aby to rozstrzygnąć, konieczne będą dalsze badania porównawcze z populacjami węży żyjącymi w ich naturalnym środowisku w Australii.
