Klimatförändringar och förstörelse av livsmiljöer kan redan ha orsakat förlusten av mer än en tiondel av världens jordlevande genetiska mångfald, enligt ny forskning ledd av Carnegies Moises Exposito-Alonso och publicerad i Science . Det betyder att det redan kan vara för sent att uppfylla FN:s föreslagna mål, som tillkännagavs förra året, om att skydda 90 procent av den genetiska mångfalden för varje art till 2030, och att vi måste agera snabbt för att förhindra ytterligare förluster.

Flera hundra arter av djur och växter har dött ut under den industrialiserade tidsåldern och mänsklig aktivitet har påverkat eller krympt hälften av jordens ekosystem, vilket påverkar miljontals arter. Den partiella förlusten av geografiskt utbredningsområde minskar populationens storlek och kan geografiskt förhindra populationer av samma art från att interagera med varandra. Detta har allvarliga konsekvenser för ett djurs eller växts genetiska rikedom och deras förmåga att möta de kommande utmaningarna med klimatförändringar.

"När du tar bort eller i grunden förändrar delar av en arts livsmiljö, begränsar du den genetiska rikedomen som är tillgänglig för att hjälpa dessa växter och djur att anpassa sig till skiftande förhållanden", förklarade Exposito-Alonso, som innehar en av Carnegies prestigefyllda Staff Associate-positioner – som erkänner excellens i tidig karriär – och är också assisterande professor vid Stanford University.

Tills nyligen har denna viktiga komponent förbisetts när man sätter upp mål för att bevara den biologiska mångfalden, men utan en mångsidig pool av naturliga genetiska mutationer att dra på, kommer arter att vara begränsade i sin förmåga att överleva förändringar i sitt geografiska utbredningsområde.

I populärkulturen förmedlar mutationer superkrafter som trotsar fysikens lagar. Men i verkligheten representerar mutationer små, slumpmässiga naturliga variationer i den genetiska koden som positivt eller negativt kan påverka en individuell organisms förmåga att överleva och fortplanta sig, och föra över de positiva egenskaperna till kommande generationer.

"Som ett resultat, ju större pool av mutationer som en art kan dra, desto större är chansen att snubbla över den lyckliga blandningen som kommer att hjälpa en art att frodas trots det tryck som skapas av förlust av livsmiljöer, såväl som skiftande temperatur och nederbördsmönster," tillade Exposito-Alonso.

Han och hans medarbetare satte sig för att utveckla en populationsgenetikbaserad ram för att utvärdera rikedomen av mutationer som är tillgängliga för en art inom ett givet område.

De analyserade genomisk data för mer än 10 000 individuella organismer över 20 olika arter för att visa att jordens marklevande växt- och djurliv redan kan löpa mycket större risk från förlust av genetisk mångfald än vad man tidigare trott. Eftersom den takt med vilken genetisk mångfald återvinns är mycket långsammare än den med vilken den går förlorad, anser forskarna att den är irreversibel.

"Det matematiska verktyget som vi testade i 20 arter kan utökas för att göra ungefärliga bevarandegenetiska prognoser för ytterligare arter, även om vi inte känner till deras genom," avslutade Exposito-Alonso. "Jag tror att våra resultat skulle kunna användas för att utvärdera och spåra de nya globala hållbarhetsmålen, men det finns fortfarande mycket osäkerhet. Vi måste göra ett bättre jobb med att övervaka populationer av arter och utveckla fler genetiska verktyg."

"Moi tog ett djärvt, kreativt tillvägagångssätt för att undersöka en vetenskaplig fråga som är avgörande för beslutsfattare och naturvårdare att förstå om de vill implementera strategier som kommer att möta de kommande utmaningarna som vår värld står inför", säger Margaret McFall-Ngai, chef för Carnegies nystartade division of Biosphere Sciences &Engineering. "Den här typen av intellektuellt mod är illustrativt för Carnegie-modellen att göra outside-of-the-box-vetenskap och den typ av arbete som är ett kännetecken för vårt prestigefyllda Staff Associate-program."

Forskargruppen inkluderade medlemmar av Exposito-Alonsos labb—Lucas Czech, Lauren Gillespie, Shannon Hateley, Laura Leventhal, Megan Ruffley, Sebastian Toro Arana och Erin Zeiss—samt medarbetare Tom Booker från University of British Columbia; Christopher Kyriazis från UCLA; Patricia Lang, Veronica Pagowski, Jeffrey Spence och Clemens Weiß vid Stanford University; och David Nogues-Bravo från Köpenhamns universitet. + Utforska vidare

Global uppvärmning kan minska växtgenetisk variation i Centraleuropa