En istid för nästan en miljon år sedan ledde till ett möte mellan leoparder från centrala och södra Afrika som letade efter gräsmark. Ny forskning om leopardernas genetik – deras mitogenom – har avslöjat att ättlingarna till dessa två grupper är de leoparder som idag finns i Sydafrikas Mpumalanga-provins. En av forskarna, molekylära ekologen Laura Tensen, har studerat den genetiska strukturen hos sydafrikanska leoparder i 14 år. Hon förklarar hur den nya forskningen kan användas för att bevara de hotade stora katterna.
DNA finns i cellkärnan och även i mitokondriegenomet, eller mitogenomet. Mitogenom är DNA-molekyler som flyter runt utanför cellkärnan. De lagrar sin egen uppsättning genetisk information och ärvs av modern, vilket innebär att de bara överförs från mor till avkomma.
Mitogenom är en "genomisk bifångst" när man sekvenserar hela genomet. De är så rikliga i celler att det är mycket lätt att extrahera dem.
Att studera mitogenom är ett tillförlitligt sätt att spåra en arts härkomst. Detta beror på att gener muterar (förändras) med en regelbunden takt över tiden. Förändringarna i mitogenomet ger en bild av leopardens utveckling under hundratusentals år.
Vi tog vävnadsprover från nio leoparder i Mpumalanga, Sydafrika som hade blivit omkullkörda av bilar och dödats. Detta förekommer tyvärr fortfarande mycket. I icke-skyddade områden står vägdöd för all oavsiktlig dödlighet hos leoparder.
Proverna togs till University of Johannesburg Wildlife Genomics laboratorium och förvarades vid -20°C före DNA-extraktion.
För att hämta mitogenomet sekvenserade vi hela kärngenomet. När forskare sekvenserar ett helt kärngenom, låter det dem upptäcka DNA-sekvensen för varje gen i en organisms genom på en gång. Detta låter oss sedan ta reda på vad dessa gener exakt kodar för. Hos röda leoparder har vi till exempel hittat genen och mutationen som orsakar färgen röd. Vi har också kunnat avgöra vilka ärvda gener som kan orsaka hälsofel hos den röda leoparden. Vi skulle kunna använda samma teknik för att hitta gener som gör de två kladerna (grupper av besläktade leoparder) unika eller bättre anpassade till lokala miljöer.
Efter att ha extraherat mitogenomerna från data, satte vi ihop dem och anpassade dem till ett referensgenom - ett som redan har de exakta positionerna för alla gener. Referensgenomet var ett som tidigare sekvenserats och lagrats i en onlinedatabas, Genbank, som är samlingen av alla allmänt tillgängliga DNA-sekvenser.
Vi laddade sedan ner massor av andra mitogenom från onlinedatabaser, tillhandahållna av tidigare studier, för att jämföra våra prover från Sydafrika med resten av kontinenten.
Genom att göra detta kunde vi upptäcka hur mutationer som uppstod med tiden sorterades över geografiskt utrymme. En del av proverna var från naturhistoriska museer, insamlade för upp till 150 år sedan. De representerade leopardernas genetiska struktur innan deras livsmiljöer bröts upp av människor.
Vi fann att de sydafrikanska leoparderna härstammar från två unika klader (eller underfamiljer) som hittades i södra och centrala Afrika för cirka 0,8 miljoner år sedan. Det är troligt att dessa kladdar har sitt ursprung under mitten av pleistocen, en period mellan 1,6 miljoner och 0,52 miljoner år sedan när världen upplevde ett instabilt klimat.
Vi kunde fastställa detta genom att mäta den evolutionära tidslinjen, det vill säga datumen när leopardarten divergerade mot befintliga eurasiska leopardgenom, såväl som lejon- och tigergenom. Tidigare forskning hade redan visat när dessa djur avvek från varandra.
I Afrika söder om Sahara präglades Pleistocen, ofta kallad istiden, av svala och torra cykler som omväxlande med varma och våta klimat. Detta förändrade drastiskt landskapet över den afrikanska kontinenten, vilket ledde till upprepade expansioner och sammandragningar av savanngräsmarker.
Som ett resultat tvingades djur som leoparder att flytta runt och letade efter gräsmarker där deras byte skulle hittas. Under torra perioder blev djurpopulationer isolerade från varandra när öknar tog över gräsmarkerna och blev en barriär som höll isär leoparder.
När leopardpopulationerna väl blev separerade började deras gener att differentiera sig med tiden.
Samma typ av leopardrörelser sker fortfarande i Sydafrika idag. Främst unga män kan gå upp till 300 kilometer bort från sina hem och leta efter nytt territorium. När de hittar den blandar de sig med leoparder från andra delar av Afrika. Det krävs inte många leoparder för att diversifiera generna i en population. Så småningom ansluter populationerna över tid och rum.
Det är första gången som leopardmitogenomen från Sydafrika sätts ihop. Det gjorde det möjligt för oss att klassificera dessa leoparder ordentligt för första gången. Detta är användbart eftersom det kan hjälpa till med ytterligare forskning om hur leoparder utvecklades. Att veta hur en modern leopardpopulation är relaterad till forntida populationer, och de geografiska vägar de kan ha tagit för att nå denna punkt, hjälper till med bevarandeinsatser.
I dagens bevarande måste leoparder ofta flyttas bort (förflyttas) för att undvika konflikter med människor i områden där katterna kan komma i kontakt med boskap och äta upp dem. Det är viktigt att veta vilka djur som är genetiskt olika så att vi kan upprätthålla denna mångfald över stora områden. När djur är genetiskt olika har de större chans att överleva sjukdomsutbrott.
En av de viktigaste aspekterna av vår studie var att upptäcka att även om leopardklädorna kan ha utvecklats separat, är de en del av samma sammanlänkade metapopulation som sträcker sig över södra Afrika och kan bevaras på samma sätt.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
