Passageduvan är känd för sin enorma historiska befolkning i Nordamerika (uppskattat till 3 till 5 miljarder) och för sin snabba utrotning inför massmord av människor. Men det är fortfarande ett mysterium varför arten inte kunde överleva i åtminstone några små, isolerade populationer.

En teori, vilket överensstämmer med resultaten från en ny studie publicerad 17 november i Vetenskap , föreslår att passageduvor var väl anpassade för att leva i stora flockar, men dåligt anpassad för att leva i mindre grupper, och förändringen i befolkningsstorlek skedde så snabbt att de inte kunde anpassa sig.

"Passageduvor gjorde det riktigt bra i tiotusentals år, och så plötsligt gick de ut. Paradoxalt, deras enorma befolkningsstorlek kan ha varit en faktor för deras utrotning, "sade motsvarande författare Beth Shapiro, professor i ekologi och evolutionär biologi vid UC Santa Cruz.

Shapiros team tittade på den genetiska mångfalden hos passageduvor, med hjälp av DNA återvunnet från museiprover. Forskarna bekräftade tidigare observationer av anmärkningsvärt låg genetisk mångfald i passageduven. Men där tidigare forskare såg bevis på en instabil befolkning som hade varierat mellan toppar och dalar, den nya studien nådde mycket olika slutsatser.

"Vad vi gjorde, vilket den tidigare studien inte gjorde, var att titta på variation i mångfald över arvsmassan. Vi fann att det inte bara var lägre än förväntat totalt sett, det var också mer varierande, och vi kunde se var dessa regioner med hög och låg mångfald finns i passageduvens genom, "sa författaren Gemma Murray, en postdoktor i Shapiros Paleogenomics Lab vid UC Santa Cruz.

Analysen avslöjade mönster i passageduvens genom som indikerar att artens låga genetiska mångfald var resultatet av naturligt urval som orsakade snabb spridning av fördelaktiga mutationer genom populationen och eliminering av dåliga mutationer. Forskarna hittade inte samma mönster av genetisk mångfald över genomet hos den närbesläktade band-tailed duvan, som har en relativt liten befolkning på cirka 2 miljoner infödda i västra Nordamerika.

"När vi tittade på graden av adaptiv utveckling och renande urval i båda arterna, vi hittade bevis på att naturligt urval hade resulterat i både en snabbare adaptiv utveckling hos passageduvor och en snabbare rensning av skadliga mutationer, "Sa Murray." Det är precis vad du förväntar dig att se om urvalet orsakar skillnaderna i genetisk mångfald. "

När en fördelaktig mutation sprids genom en befolkning, den bär med sig intilliggande DNA -sträckor, så efterföljande generationer bär inte bara den goda mutationen utan hela delar av identiskt DNA. Dessa områden med låg mångfald kan brytas upp genom rekombination, processen där parade kromosomer utbyter delar av DNA under bildandet av ägg och spermier (vilket förklarar varför föräldrar inte vidarebefordrar exakta kopior av sina kromosomer till sina avkommor).

Rekombination tenderar att ske mindre ofta i mitten av kromosomer än vid ändarna, en tendens som är särskilt uttalad hos fåglar. I passageduvens genom, forskarna fann att områden med låg genetisk mångfald låg i mitten av kromosomer, medan regioner med högre mångfald var i slutet.

"I kromosomernas ändar, ingenting dras med den fördelaktiga mutationen på grund av den höga rekombinationshastigheten, "Förklarade Shapiro.

När forskarna tittade på vilka typer av gener som visade bevis på adaptiv utveckling, de hittade många som kan relateras till aspekter av passageduveekologi och kraven på att bo i stora flockar. Bland de 32 gener med starka bevis på adaptiv utveckling fanns gener associerade med immunsystemet och stressreduktion (stora, täta befolkningar tenderar att ha en hög börda av sjukdomar och social stress) och med förmågan att äta mycket av vissa livsmedel.

Dessa fynd överensstämmer med tanken att passageduvens anpassning till stora populationer kan ha blivit ett ansvar när deras befolkning minskades. "Våra fynd passar med den historien, och vi hittar inga bevis på att befolkningen var instabil innan folk började jaga dem, "Sa Murray.

Studien har också viktiga teoretiska konsekvenser för populationsgenetiker. Befolkningsteori förutspår att arter med stora populationer bör ha större genetisk mångfald än de med mindre populationer, men denna förutsägelse förutsätter att större delen av genomet utvecklas "neutralt" genom genetisk drift, ackumulerar slumpmässiga mutationer med varken fördelaktiga eller skadliga effekter. Befolkningsgenetiker använder ofta modeller som antar neutral utveckling för att dra slutsatser om en befolknings historia.

"Det är ett vanligt antagande att om en art har låg genetisk mångfald, det gick igenom en flaskhals för befolkningen någon gång tidigare, "Förklarade Murray.

Men teoretiska förutsägelser om förhållandet mellan befolkningsstorlek och genetisk mångfald finns inte i verkligheten. Detta är känt som Lewontins paradox (efter evolutionärbiologen Richard Lewontin), och enligt Shapiro, det kan bero på att naturligt urval är mer effektivt i större populationer och kan överbelasta effekterna av slumpmässiga förändringar, vilket gör antagandet om neutral utveckling ogiltigt.

Naturligt urval förutspås ha ett större inflytande på stora populationer, både eftersom starkt fördelaktiga mutationer är mer benägna att uppstå, och också för att i små befolkningar, slumpmässiga händelser har en större effekt på vad som överförs till nästa generation.

Bevis till stöd för denna förklaring av Lewontins paradox presenterades i ett dokument från 2015 av Russell Corbett-Detig, biträdande professor i biomolekylär teknik vid UC Santa Cruz och en medförfattare till det nya papperet. Passageduvan och bandduvan, liknande arter med mycket olika beståndsstorlekar, erbjöd ett perfekt tillfälle att testa idén, Sa Shapiro.

"Samspelet mellan rekombinationslandskapet och den enorma befolkningsstorleken hos passageduvor gör att vi kan se vad som ligger bakom Lewontins paradox, "Sa Shapiro." I de flesta arter, det är förmodligen säkert att anta att majoriteten av genomet utvecklas neutralt, men för arter med mycket stora populationer kanske vi vill tveka. Dessa verktyg som använder genetisk mångfald för att dra slutsatser om historiska förändringar i en befolknings storlek fungerar inte alls för passageduvan. "