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Une espèce peuplée uniquement de mâles peut-elle être sauvée de l'extinction ?


Comment, si possible, une espèce peut-elle être sauvée de l'extinction si la seule population survivante est constituée de mâles qui ne peuvent pas se reproduire entre eux ?


La réponse suivante ne traite que faisabilité théorique

Une espèce peuplée uniquement de mâles peut-elle être sauvée de l'extinction ?

Réponse courte : Non, pas avec certitude

Nuancé : oui, chez certaines espèces, il pourrait être possible

Cela varie en fonction de la façon dont vous déterminez le sexe de votre espèce. La détermination du sexe est un vaste sujet, voir la page wikipedia appropriée

Certaines espèces reptiliennes ne sont pas sexuellement déterminées par les chromosomes mais par la température. Un exemple est la tortue peinte, dont la détermination thermique du sexe a été étudiée par Carrie Lynne Morjan dans un article intitulé Détermination du sexe en fonction de la température et potentiel évolutif du sex-ratio chez la tortue peinte, Chrysemys picta

La détermination thermique du sexe permet d'obtenir 2 sexes différents à partir du « même » génome, car la température sera le moteur de la différenciation hormonale.

Clonage inter-espèces : influence des facteurs cytoplasmiques sur le développement, par Sun et Zhu déclare que le clonage d'espèces croisées a été réalisé avec succès avec des poissons et des mammifères.

Néanmoins, le NT inter-espèces a réussi à cloner certains mammifères en voie de disparition, tels que le gaur

Chez le poisson, un type de vertébré relativement primitif, le NT [transfert nucléaire] interspécifique pourrait être réalisé chez un certain nombre d'espèces génétiquement éloignées

Cela signifie que nous pouvons utiliser comme mère et pondeuse une espèce différente, bien que apparentée.

On peut, avec un gros grain de sel, émettre l'hypothèse que l'on pourrait, dans une espèce uniquement constituée de mâle producteur de sperme, utiliser l'ovocyte d'une autre espèce pour le cloner, puis utiliser la différenciation thermique pour faire de notre clone une femelle.

Cependant, je ne suis au courant d'aucune information sur la quantité de charge utile génétique du génome et des spermatozoïdes modifiée par la différenciation sexuelle. Par conséquent, il est possible que les gènes déterminés par le sexe ne peut pas produire un clone sexuellement naïf. Pour plus d'informations, et si vous souhaitez approfondir vos recherches, je vous recommande de consulter l'état de l'art actuel des techniques de dé-différenciation et de déméthylation de l'ADN pour le clonage.

J'espère vous avoir fourni une réponse suffisante.


Le génie génétique peut-il sauver la biodiversité de notre planète ?


Un rapport de l'ONU publié le mois dernier a dressé un tableau sombre de la perte de biodiversité mondiale, estimant que plus d'un million d'espèces sont menacées d'extinction - dont beaucoup d'ici quelques décennies - en raison de l'agriculture, de l'exploitation forestière et d'autres activités humaines.

Alors que les écologistes ont réussi à restaurer certaines espèces, telles que le rhinocéros blanc du sud et le bison d'Amérique, le risque moyen d'extinction pour les oiseaux, les mammifères, les amphibiens et les coraux ne montre aucun signe de diminution.

Mais et s'il était possible de protéger la biodiversité de notre planète en réécrivant le code génétique des plantes et des animaux ? Cela peut sembler de la science-fiction, mais des chercheurs du Collège des ressources naturelles de l'État de Caroline du Nord – et du monde entier – envisagent des moyens d'utiliser le génie génétique à des fins de conservation, de l'éradication des rongeurs envahissants sur les îles à l'augmentation de la résilience des châtaigniers américains à une espèce envahissante. champignon.

« De nouveaux outils pour l'édition de gènes et des stratégies telles que les forçages génétiques synthétiques ouvrent de nouvelles opportunités pour imaginer des façons dont nous pourrions « concevoir » la biologie au-delà des laboratoires et des domaines agricoles », a déclaré Jason Delborne, professeur agrégé au Département des ressources forestières et environnementales. « La communauté de la conservation, en particulier, a commencé à se demander si et comment les technologies génétiques pourraient être appliquées à des problèmes environnementaux complexes et difficiles. »

Delborne, qui est également directeur de recherche au Genetic Engineering and Society Center de NC State, étudie les interactions entre les décideurs politiques, les scientifiques et le public, en particulier dans le contexte des biotechnologies émergentes.

Le génie génétique a du potentiel. Mais chaque intervention comporte des risques, nous devons donc considérer – et anticiper – les impacts potentiels de ces technologies et comment elles se comparent aux autres outils que nous pourrions utiliser.

Il est également membre du Groupe de travail de l'UICN sur la biologie synthétique et la conservation de la biodiversité. Le groupe international de scientifiques a récemment publié une évaluation approfondie du génie génétique et de ses impacts potentiels sur la conservation.

Nous nous sommes entretenus avec Delborne, qui a co-écrit plusieurs chapitres du rapport, pour découvrir tout ce qu'il y a à savoir sur le génie génétique, depuis les bases de son fonctionnement jusqu'à savoir s'il peut réellement aider à résoudre la crise de la biodiversité de notre planète.


Un nouveau modèle mathématique peut aider à sauver des espèces menacées

Qu'est-ce que la baleine bleue a en commun avec le tigre du Bengale et la tortue verte ? Ils partagent le risque d'extinction et sont classés comme espèces menacées. Il y a plusieurs raisons pour lesquelles des espèces disparaissent, et les changements climatiques sont parmi les principales raisons.

Le risque d'extinction varie d'une espèce à l'autre en fonction de la façon dont les individus de ses populations se reproduisent et de la durée de survie de chaque animal. Comprendre la dynamique de survie et de reproduction peut soutenir les actions de gestion pour améliorer les chances de survie d'une espèce.

Les modèles mathématiques et statistiques sont devenus des outils puissants pour aider à expliquer ces dynamiques. Cependant, la qualité des informations que nous utilisons pour construire de tels modèles est cruciale pour améliorer nos chances de prédire avec précision le devenir des populations dans la nature.

"Un modèle qui simplifie à l'excès la survie et la reproduction peut donner l'illusion qu'une population prospère alors qu'en réalité elle s'éteindra", déclare le professeur agrégé Fernando Colchero, auteur d'un nouvel article publié dans Lettres d'écologie.

Les recherches de Colchero se concentrent sur la recréation mathématique de la dynamique des populations en comprenant mieux la démographie de l'espèce. Il travaille sur la construction et l'exploration de modèles de population stochastiques qui prédisent comment une certaine population (par exemple une espèce en voie de disparition) changera au fil du temps.

Ces modèles incluent des facteurs mathématiques pour décrire comment l'environnement, les taux de survie et la reproduction de l'espèce déterminent la taille et la croissance de la population. Pour des raisons pratiques, certaines hypothèses sont nécessaires.

Deux hypothèses communément admises sont que la survie et la reproduction sont constantes avec l'âge, et qu'une survie élevée dans l'espèce va de pair avec la reproduction dans tous les groupes d'âge au sein d'une espèce. Colchero a contesté ces hypothèses en tenant compte de la survie et de la reproduction selon l'âge, et des compromis entre la survie et la reproduction. C'est-à-dire que parfois les conditions qui favorisent la survie seront défavorables à la reproduction, et vice versa.

Pour son travail, Colchero a utilisé des statistiques, des dérivations mathématiques et des simulations informatiques avec des données provenant de populations sauvages de 24 espèces de vertébrés. Le résultat était un modèle considérablement amélioré qui avait des prédictions plus précises pour la croissance de la population d'une espèce.

Malgré la nature technique du travail de Fernando, ce type de modèle peut avoir des implications très pratiques car ils fournissent des explications nuancées des raisons sous-jacentes de l'extinction. Cela peut être utilisé pour prendre des mesures de gestion et peut aider à prévenir l'extinction d'espèces menacées.


2. Tigre de Sibérie

Le plus grand chat sauvage de la Terre, le tigre de Sibérie est aussi le plus menacé. Autrefois, les tigres de Sibérie parcouraient l'Extrême-Orient russe, certaines parties de la Chine et la péninsule coréenne. Mais la chasse et la capture systématiques de tigres pour les zoos ont réduit la population sauvage à seulement 40 individus dans les années 1940. Le monde a été dangereusement proche de perdre l'un de ses chats sauvages les plus magnifiques.

Heureusement, en 1947, la Russie a accordé une protection juridique complète au tigre de Sibérie, et la population a lentement commencé à se rétablir. En 1992, le Siberian Tiger Project - une initiative conjointe entre la Wildlife Conservation Society et la réserve Sikhote-Alin en Russie - a été créé pour étudier l'écologie et la biologie de la conservation du tigre de Sibérie dans l'Extrême-Orient russe. À ce jour, plus de 60 tigres ont été équipés de colliers radio, permettant aux chercheurs de recueillir des données sur la structure sociale des tigres, les exigences en matière d'habitat, la reproduction et les taux de survie.

Les données recueillies par l'équipe du projet ont été utilisées pour améliorer la protection des tigres et de leurs proies. En conséquence, la population du tigre de Sibérie en Russie est passée à 502 individus, selon le recensement de 2015. Et tandis que les tigres de Sibérie ne sont pas tout à fait hors des mauvaises herbes, sa population est considérée comme stable et augmente lentement.


Contenu

Il n'y a pas de définition unique de ce qu'est une population suffisante pour la survie d'une espèce, car la survie d'une espèce dépendra dans une certaine mesure d'événements aléatoires. Ainsi, tout calcul d'une population minimale viable (MVP) dépendra du modèle de projection de population utilisé. [3] Un ensemble de projections aléatoires (stochastiques) peut être utilisé pour estimer la taille initiale de la population nécessaire (sur la base des hypothèses du modèle) pour qu'il y ait (disons) une probabilité de survie de 95% ou 99%, disons 1000 ans après l'avenir. [4] Certains modèles utilisent les générations comme unité de temps plutôt que d'années, afin de maintenir la cohérence entre les taxons. [5] Ces projections (analyses de viabilité de la population ou AVP) utilisent des simulations informatiques pour modéliser les populations en utilisant des informations démographiques et environnementales pour projeter la dynamique future de la population. La probabilité attribuée à un PVA est obtenue après avoir répété la simulation environnementale des milliers de fois.

Les petites populations courent un plus grand risque d'extinction que les grandes populations en raison du fait que les petites populations ont moins de capacité à se remettre d'événements stochastiques défavorables (c'est-à-dire aléatoires). De tels événements peuvent être divisés en quatre sources : [3]

Stochasticité démographique La stochasticité démographique n'est souvent qu'une force motrice vers l'extinction dans les populations de moins de 50 individus. Les événements aléatoires influencent la fécondité et la survie des individus d'une population, et dans les populations plus importantes, ces événements ont tendance à se stabiliser vers un taux de croissance constant. Cependant, dans les petites populations, il y a beaucoup plus de variance relative, ce qui peut à son tour provoquer l'extinction. [3] Stochasticité environnementale De petits changements aléatoires dans les composants abiotiques et biotiques de l'écosystème qu'une population habite relèvent de la stochasticité environnementale. Les exemples sont les changements climatiques au fil du temps et l'arrivée d'une autre espèce qui rivalise pour les ressources. Contrairement à la stochasticité démographique et génétique, la stochasticité environnementale a tendance à affecter les populations de toutes tailles. [3] Catastrophes naturelles Extension de la stochasticité environnementale, les catastrophes naturelles sont des événements aléatoires à grande échelle tels que les blizzards, les sécheresses, les tempêtes ou les incendies qui réduisent directement une population en peu de temps. Les catastrophes naturelles sont les événements les plus difficiles à prévoir, et les modèles MVP ont souvent du mal à en tenir compte. [3] Stochasticité génétique Les petites populations sont vulnérables à la stochasticité génétique, le changement aléatoire des fréquences alléliques au fil du temps, également connu sous le nom de dérive génétique. La dérive génétique peut entraîner la disparition d'allèles d'une population, ce qui réduit la diversité génétique. Dans les petites populations, une faible diversité génétique peut augmenter les taux de consanguinité, ce qui peut entraîner une dépression de consanguinité, dans laquelle une population composée d'individus génétiquement similaires perd sa forme physique. La consanguinité dans une population réduit la valeur adaptative en faisant en sorte que les allèles récessifs délétères deviennent plus fréquents dans la population, et également en réduisant le potentiel d'adaptation. La soi-disant "règle 50/500", selon laquelle une population a besoin de 50 individus pour prévenir la dépression de consanguinité et de 500 individus pour se prémunir contre la dérive génétique en général, est une référence souvent utilisée pour un MVP, mais une étude récente suggère que cette n'est pas applicable à une grande diversité de taxons. [4] [3]

MVP ne tient pas compte des interventions extérieures. Ainsi, il est utile pour les gestionnaires de la conservation et les écologistes qu'une population puisse être augmentée au-dessus du MVP en utilisant un programme d'élevage en captivité, ou en faisant venir d'autres membres de l'espèce d'autres réserves.

Il y a naturellement un débat sur l'exactitude des PVA, étant donné qu'une grande variété d'hypothèses est généralement requise pour la prévision, cependant, la considération importante n'est pas l'exactitude absolue, mais la promulgation du concept selon lequel chaque espèce a effectivement un MVP, qui approximée pour des raisons de biologie de la conservation et de plans d'action pour la biodiversité. [3]

Il existe une tendance marquée à l'insularité, à la survie des goulots d'étranglement génétiques et à la stratégie r pour permettre des MVP bien inférieurs à la moyenne. Inversement, les taxons facilement affectés par la dépression de consanguinité - ayant des MVP élevés - sont souvent résolument des stratèges K, avec de faibles densités de population tout en se produisant sur une large gamme. Un MVP de 500 à 1 000 a souvent été donné comme moyenne pour les vertébrés terrestres lorsque la consanguinité ou la variabilité génétique est ignorée. [6] [7] Lorsque les effets de la consanguinité sont inclus, les estimations de MVP pour de nombreuses espèces se comptent par milliers. Sur la base d'une méta-analyse des valeurs rapportées dans la littérature pour de nombreuses espèces, Traill et al. ont rapporté concernant les vertébrés « une distribution de fréquence inter-espèces de MVP avec une médiane de 4169 individus (IC à 95 % = 3577-5129). [8]


Espèces menacées? La science à la rescousse (génétique) !

Comme le pigeon voyageur maudit en 1914, le pigeon rose de l'île Maurice se dresse au bord d'un précipice. Après avoir vu tous ses autres cousins ​​pigeons sur cette île éloignée disparaître, y compris le dodo, son infâme compagnon d'île, vu pour la dernière fois en 1662, cet oiseau aux teintes roses regarde maintenant dans le gosier sombre de l'extinction elle-même.

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Après avoir été réduit à une population d'environ neuf individus dans les années 1990, les oiseaux étalons sont revenus à une population d'environ 400 aujourd'hui. Mais ce nombre est encore suffisamment petit pour les laisser dangereusement vulnérables. Le manque de diversité génétique du pigeon rose l'a rendu de plus en plus vulnérable à une maladie parasitaire appelée trichomonose, qui tue plus de la moitié de ses poussins et limite la croissance de la population.

Heureusement, ce n'est plus 1662. Aujourd'hui, un outil de conservation évolutif pourrait aider à sortir ces oiseaux du bord de l'extinction : le sauvetage génétique. Il fonctionne en ajoutant de la diversité génétique à ces types de populations au nombre précaire - en introduisant des individus spécifiques ou, potentiellement, en modifiant un jour directement leurs gènes. Si ça marche, l'avenir de ce pigeon sera peut-être à nouveau aussi rose que son plumage.

« Nous voulons essayer de leur donner les outils nécessaires pour lutter contre cette maladie », déclare Camilla Ryan, une étudiante diplômée qui étudie le pigeon mauricien avec le chercheur en génomique Matt Clark à l'Université d'Earlham en Angleterre. "Les oiseaux n'ont pas le nombre ou potentiellement la diversité génétique pour faire face à la maladie eux-mêmes."

Clark et Ryan espèrent remettre cette population sur pied en identifiant les gènes qui rendent ces oiseaux si vulnérables en premier lieu. Ensuite, ils échantillonneront des pigeons roses captifs dans des zoos et des parcs du monde entier à la recherche de gènes mieux adaptés pour lutter contre la maladie, dans le but ultime de les coupler potentiellement avec la population sauvage. L'équipe a déjà généré des données génétiques sur 180 pigeons roses différents.

Pourtant, le couple reste prudent dans la mise en œuvre d'une technique qui a suscité la controverse depuis qu'elle a commencé à être plus facilement mise en œuvre dans les années 1990, dans des cas caractéristiques de sauvetage de panthères de Floride et de poulets des prairies de l'Illinois. Ils ne sont pas seuls : de nombreux défenseurs de l'environnement soutiennent que l'approche pourrait créer des problèmes imprévus pour les espèces en péril et qu'elle ne résout pas les problèmes sous-jacents qui poussent tant d'espèces au bord de l'extinction, y compris la perte d'habitat due au développement humain.

Mais alors que les humains continuent d'empiéter sur les habitats sauvages et de modifier les modèles climatiques mondiaux, la situation de nombreuses espèces est devenue plus grave. Maintenant, de nombreux chercheurs se tournent vers le sauvetage génétique comme outil viable pour tirer ces espèces les plus vulnérables du bord de l'extinction. Dans un avenir plus lointain, certains scientifiques pensent que nous pourrions aller plus loin, en modifiant génétiquement les animaux pour qu'ils s'adaptent mieux à leurs environnements en évolution rapide.

Mais ne prenons pas trop d'avance sur nous-mêmes. Pour l'instant, les scientifiques se concentrent sur l'affûtage de leurs outils génomiques. 

Le croisement d'oiseaux captifs avec des populations d'oiseaux sauvages peut avoir des effets mitigés sur leurs génomes. Ces pigeons biset domestiques planent au-dessus de Hurlstone Park, une banlieue de Sydney. (Toby Hudson)

Lorsque des populations comme les pigeons roses se réduisent à deux ou même à un seul chiffre, elles souffrent de ce qu'on appelle la dépression de consanguinité. Essentiellement, cela signifie qu'ils ont moins de diversité dans leur pool génétique, ce qui les rend plus difficiles à surmonter les défis de leur environnement. Des signes de cela ont été trouvés chez de nombreuses espèces, y compris une population isolée de loups dans le Michigan où les individus ont commencé à développer une posture arquée inhabituelle et des queues trapues, indicateurs possibles d'une mauvaise santé.

Maintenant, Ryan et Clark récurent des échantillons de tissus historiques de cinq musées à travers l'Europe pour rechercher des gènes que les pigeons roses plus âgés ont peut-être dû autrefois combattre la maladie avant que la dépression de consanguinité ne s'installe. L'équipe recherchera ensuite des oiseaux captifs qui pourraient avoir conservé ces gènes utiles historiques pour les accoupler avec la population sauvage.

Cela semble assez simple, non? Malheureusement, jouer une divinité génétique n'est pas si simple.

Chaque génotype que vous introduisez dans la population existante a ses propres avantages et inconvénients. L'équipe doit donc veiller à ne pas introduire de nouveaux problèmes dans le système immunitaire des oiseaux sauvages, explique Clark. “Vous pourriez finir par élever une population qui réussit très bien à combattre Trichomonas, mais ce que vous avez fait, c'est diminuer accidentellement la quantité de diversité dans le système immunitaire », explique Clark.

Si tel est le cas, ajoute-t-il, une nouvelle maladie à laquelle ils n'étaient pas préparés pourrait théoriquement frapper et anéantir toute la population.

L'accouplement d'oiseaux captifs avec des oiseaux sauvages présente également le risque d'introduire des gènes que les oiseaux captifs ont évolués pour survivre en captivité, affaiblissant la capacité des oiseaux sauvages à survivre dans la nature. « En essayant de les aider, vous avez aggravé les choses », dit Clark. Cette menace, appelée dépression de consanguinité, soulève des questions parmi les biologistes de la conservation et constitue un argument principal contre l'utilisation plus large du sauvetage génétique.

La panthère de Floride est une caractéristique de la façon dont le sauvetage génétique peut aider à tirer des espèces au bord de l'extinction. (U.S. Fish and Wildlife Service)

Pourtant, malgré ces risques, plusieurs réussites ont montré que le sauvetage génétique peut travail. L'une des principales réussites des écologistes est la panthère de Floride.

Ce grand chat emblématique se cachait autrefois en grand nombre dans le sud-est des États-Unis, bénéficiant de son statut de prédateur supérieur et de membre vital de l'écosystème. Mais dans les années 1970, la perte d'habitat et la chasse avaient réduit la population à entre 12 et 20 adultes. Non seulement leur nombre était lamentable, mais presque toutes les panthères mâles montraient des signes de dépression de consanguinité, notamment des testicules non descendus, des queues tordues et un faible nombre de spermatozoïdes.

Les écologistes ne voulaient pas voir ce chat, qui a contribué à l'extinction des populations de cerfs de Virginie, de porcs sauvages et d'autres proies. Ainsi, en 1995, le U.S. Fish and Wildlife Service a travaillé avec une équipe de chercheurs pour transférer huit femelles lions des montagnes du Texas pour s'accoupler avec les panthères de Floride. Ils espéraient que les pumas, qui sont une sous-espèce de la panthère, revitaliseraient le pool génétique et augmenteraient la taille de la population.

Stuart Pimm, écologiste de la conservation à l'Université Duke, dit qu'il avait des doutes au début. Si vous essayiez de sauver une espèce qui était devenue si rare qu'elle présentait des dommages génétiques, pensait-il, alors il était déjà trop tard pour les sauver. Beaucoup de ses collègues ont accepté. « Vous traitiez le symptôme plutôt que la cause », dit Pimm, citant la perte d'habitat comme cause principale dans ce cas.

Mais les chercheurs sont allés de l'avant et ont accouplé les panthères et les pumas. Étonnamment, leurs efforts semblaient fonctionner. La population de panthères augmentait et la génération suivante semblait exempte de queues pliées, de tentacules non descendus et d'autres signes de consanguinité. « Toutes ces choses ont disparu », dit-on ?

« C'était rapide, c'était un processus très efficace », dit-il maintenant.

D'autres histoires à succès ont surgi dans les années 1990. Les grandes populations de poulets des prairies ont augmenté pour la première fois depuis des décennies (bien que des études plus récentes remettent en question le rôle du sauvetage génétique dans ce succès), ainsi que la vipère suédoise, un serpent venimeux qui avait souffert de la consanguinité. Aujourd'hui, Pimm a changé d'avis : il pense maintenant que le sauvetage génétique peut être un excellent outil dans la boîte à outils d'un écologiste et envisage de l'utiliser pour protéger d'autres prédateurs supérieurs, y compris les lions d'Afrique.

Les panthères de Floride sont devenues une icône du succès du sauvetage génétique. (Michaelstone428)

Alors que les chercheurs du monde entier envisagent de mettre en œuvre un sauvetage génétique, ils doivent mieux comprendre en quoi le risque de dépression de consanguinité peut différer d'une espèce à l'autre. Malheureusement, parce que le sauvetage génétique a été si controversé, il existe peu de cas qui pourraient offrir cette information.

Même les réussites des panthères, des poulets et des vipères contiennent des informations limitées sur la façon dont le mécanisme pourrait se transférer d'une espèce à une autre, explique Andrew Whiteley, chercheur en génomique de la conservation à l'Université du Montana. C'est en partie parce que ces cas n'ont pas été traités systématiquement, il s'agissait plutôt d'un effort de dernier recours pour sauver une espèce en danger critique d'extinction.

« Ceux-ci ont été effectués en réponse à un problème de gestion urgent, ils n'ont pas vraiment été faits pour tester le concept de sauvetage génétique d'une manière expérimentalement rigoureuse », explique Whiteley. “Donc, ces incertitudes vont rester.”

Travaillant pour combler ces lacunes dans les connaissances, Whitely a mené des expériences avec des espèces d'omble de fontaine - plus faciles à étudier expérimentalement que les grands prédateurs - dans lesquelles son équipe a déplacé des poissons dans quatre populations isolées différentes et a introduit des poissons d'ailleurs pour s'accoupler avec eux. Les résultats préliminaires suggèrent que la première série d'accouplements a été un succès, mais la véritable mesure du succès viendra avec la capacité de la deuxième génération à survivre et à se reproduire, c'est là que les symptômes de la dépression de la consanguinité ont tendance à apparaître.

Il prévoit de mener une évaluation complète de la capacité de la deuxième génération à survivre et à se reproduire, en construisant un soi-disant pedigree pour voir comment les gènes circulent dans le système. "Et finalement, creusez avec la génomique pour comprendre au niveau du génome ce qui s'est passé lorsque cette impulsion de flux de gènes est entrée dans cette petite population", a déclaré Whiteley. “Ce sont les types de données dont nous avons besoin pour pouvoir faire des recommandations solides.”

Le croisement d'oiseaux captifs avec des populations d'oiseaux sauvages peut avoir des effets mitigés sur leurs génomes. Ici, un pigeon biset sauvage en vol. (Alan D. Wilson)

Si la forme traditionnelle de sauvetage génétique est considérée comme controversée, une nouvelle itération en développement aimera commencer un brouhaha beaucoup plus fort. Aujourd'hui, les biologistes envisagent de bricoler littéralement les génomes animaux, en les modifiant génétiquement pour qu'ils aient certains traits.

Robert Fleischer, directeur du Centre for Conservation Genomics du Smithsonian National Zoo & Conservation Biology Institute, envisage cette option pour rendre les oiseaux d'Hawaï résistants ou tolérants au paludisme aviaire, un agent pathogène introduit par l'homme dévastant de nombreux oiseaux hawaïens. populations aujourd'hui. Mais les chercheurs de son groupe et d'ailleurs disent qu'ils n'en sont qu'aux étapes préliminaires de l'étude de cette technique.

"Nous ne sommes pas encore au stade du sauvetage, nous préparons simplement le terrain pour le faire à l'avenir si cela fonctionne", a déclaré Fleischer.

Oliver Ryder, directeur de Conservation Genetics au San Diego Zoo Global, affirme que ces techniques pourraient un jour s'avérer inestimables, mais que des discussions plus larges sur l'éthique et la logistique devraient passer en premier. Dans le cadre de ces discussions, les chercheurs devraient peser les risques associés à chaque cas, y compris le risque que les efforts ne fonctionnent tout simplement pas.

"Malgré les efforts, l'agent pathogène trouverait un moyen de contourner la solution ou l'ingénierie", explique Ryder, "tous les efforts ne seraient donc pas suffisants pour empêcher l'espèce de disparaître."

Ryder est impliqué dans un effort plus large visant à développer une autre approche de sauvetage génétique et souhaite l'utiliser pour sauver le rhinocéros blanc du Nord. La technique, qui est encore dans des années, utiliserait la technologie des cellules souches pour produire des ovules et du sperme à partir de cellules congelées de rhinocéros blancs du Nord stockées au zoo de San Diego Global. Son équipe étudie également la possibilité d'utiliser du sperme congelé pour créer des embryons à partir d'ovules issus des dernières femelles vivantes ou par des techniques de cellules souches. Ils transféreraient ensuite théoriquement des embryons dans des rhinocéros étroitement apparentés, qui serviraient de substituts. 

Ce rhinocéros est le candidat idéal pour une telle approche, en partie parce qu'il ne reste que trois de ces individus qui sont tous incapables de se reproduire naturellement, dit Ryder. « Le rhinocéros blanc du Nord est fonctionnellement éteint », déclare Ryder. « Le seul moyen de l'empêcher de disparaître serait de le sauver génétiquement à l'aide de technologies génétiques et de reproduction avancées.

Pour l'instant, les chercheurs s'accordent généralement à dire que le sauvetage génétique traditionnel sans modification génétique offre la solution de conservation la plus immédiate. Cependant, ce ne sera jamais la solution ultime pour sauver les populations en voie de dégradation. Au lieu de cela, il offre une opportunité palliative pour traiter d'autres problèmes sous-jacents tels que la réduction de l'isolement et l'amélioration de l'habitat, explique Chris Funk, chercheur à l'Université d'État du Colorado qui a mené des études sur les guppys trinidadiens pour suivre quand et comment la dépression de croisement peut survenir. .

Funk, comme Pimm, s'est d'abord qualifié de sceptique, non pas parce qu'il ne croyait pas que le sauvetage génétique pouvait fonctionner, mais parce qu'il se considérait comme un puriste en matière de conservation. Mais alors que de plus en plus de populations sont isolées et menacées par les pressions humaines et le développement croissants, il dit qu'il s'est rendu compte que certains compromis pourraient être nécessaires. "Il existe de plus en plus de preuves que cela peut fonctionner dans de nombreuses circonstances", déclare Funk.

"Nous n'allons pas nous offrir le luxe d'avoir cette attitude puriste", poursuit-il. « Si nous voulons que ces populations soient présentes dans le paysage, nous devrons utiliser le sauvetage génétique pour les empêcher de disparaître. »

À propos de Laura Poppick

Laura est une rédactrice indépendante basée à Portland, dans le Maine et une collaboratrice régulière de la section Science.


Une générosité de femelles peut-elle sauver les espèces de reptiles du changement climatique ?

Un nouvel article publié dans BMC Ecologie demande aujourd'hui si le changement climatique pourrait biaiser le sex-ratio de certains reptiles, conduisant à un risque potentiel d'extinction. Dans ce blog invité, Lisa Schwanz, l'un des auteurs, décrit ce qu'ils ont trouvé.

En tant qu'êtres humains, nous tenons pour acquis qu'un nombre à peu près égal de fils et de filles naîtra dans nos populations chaque année. Mais avez-vous déjà réfléchi aux problèmes qui surviendraient si nous commencions à produire des fils à 75 % ? Ou 90% filles ?

Bien qu'il ne s'agisse que d'une expérience de pensée pour les humains, c'est une réalité pour de nombreuses espèces de reptiles dans le monde dont les rapports de masculinité sont liés au climat. Pour la plupart des tortues et de nombreux lézards, le sexe d'un individu est déterminé au cours du développement embryonnaire par la température d'incubation des œufs - un trait connu sous le nom de détermination du sexe dépendant de la température. Le système contrasté chez les mammifères, les oiseaux et les autres reptiles implique les chromosomes sexuels (par exemple, la femelle XX et le mâle XY) et est relativement insensible à la température.

Le lien étroit entre la température et le sexe individuel chez les espèces de reptiles a fait craindre que le climat et le changement climatique ne biaisent le sex-ratio de l'ensemble de la cohorte de progénitures et augmentent le risque d'extinction.

Pour les tortues, 100 % des femelles peuvent éclore les années chaudes et 100 % des mâles les années froides. Il existe un reptile inhabituel en Nouvelle-Zélande, appelé le tuatara, qui montre le schéma inverse, où les mâles sont produits à des températures chaudes et les femelles à des températures froides. Un grand nombre d'espèces de lézards ne se développeront en tant que mâle qu'à des températures intermédiaires et en tant que femelle à l'un ou l'autre des extrêmes.

En raison du manque de données empiriques dans la littérature, nous avons effectué des simulations informatiques pour répondre à cette question, dans le but de mieux comprendre les processus fondamentaux qui pourraient fonctionner dans n'importe quelle espèce, plutôt que de mettre l'accent sur une seule espèce.

Fait important, nous savions que l'impact du climat sur la persistance de la population dépendrait de manière cruciale de deux facteurs : à quel point les rapports de masculinité sont biaisés et quelle proportion de mâles est nécessaire pour que les femelles d'une population se reproduisent. Le nombre de femelles dans une population est crucial pour la persistance car il limite le nombre de descendants pouvant être produits. Intuitivement, un sex-ratio favorisant les femelles peut contribuer à la persistance de la population tant que le système d'accouplement est polygame et qu'il y a « juste assez » de mâles pour féconder toutes les femelles.

À des fins de comparaison, nous avons comparé nos résultats pour les espèces sensibles à la température à ceux des espèces sans sex-ratios induits par la température (c'est-à-dire avec des chromosomes sexuels). Pour les espèces sans sex-ratio déterminé par la température, nous avons constaté que l'aire de répartition géographique est limitée uniquement par les effets du climat sur la capacité d'un embryon (c'est-à-dire d'un œuf) à survivre et à éclore. Là où suffisamment de juvéniles se recrutent dans la population pour remplacer les adultes mourants, les populations persisteront.

En revanche, les limites de l'aire de répartition pour une espèce dont les rapports de masculinité sont déterminés par la température ont été considérablement réduites par l'effet du climat. Aux bords de l'aire de répartition, les œufs peuvent éclore suffisamment bien, mais trop peu de mâles ou trop peu de femelles sont produits pour soutenir les générations futures.

Cependant, les populations n'existent pas isolément. Ils sont connectés à d'autres populations par la dispersion. Et la dispersion peut amener un immigrant du sexe « rare ».

Dès que nous ajoutons de la dispersion, les prédictions de notre modèle changent de façon spectaculaire. Importantly, species with temperature-driven sex ratios push their range boundaries to greater climatic extremes than species without biased sex ratios, as long as the rare sex immigrates to the biased populations at the range boundary.

To understand why this happens, consider a very warm population of a reptile without temperature-driven sex ratios. Most of the eggs die from overheating, and those eggs that do hatch are 50% males and 50% female. Not enough females hatch to become adults and sustain the population. Immigration can help support a few populations, but not many.

Now consider a population with temperature-driven sex ratios at the same warm climate. Similarly, only a small number of eggs hatch, but now all of the offspring are females. This means twice as many females hatch in a warm population if sex ratios are driven by climate compared to if they are not. This is a problem if there are no males to mate with. But add in the possibility of males dispersing from the colder part of the range, and you have enough reproductively-competent females to sustain the population.

Overall, when males disperse from their population or origin, the geographic range of species with temperature-driven sex ratios shifts into relatively warm (female-producing) climates. In contrast, when females disperse, the range shifts to relatively cold (male-producing) climates.

This might be good news for the majority of reptile species facing climatic warming. Most species with temperature-driven sex ratios overproduce females at warm temperatures and have male-biased dispersal. As long as some populations produce sufficient sons to disperse across the range, some populations may thrive under a warming climate.

Our next step in this research is to address this very question – how do climate-driven sex ratios influence the rate at which populations grow or decline under warming climates? The result will tell us whether reptiles with temperature-driven sex ratios are more vulnerable to climatic warming, or whether they have an advantage over their cousins with 50:50 sex ratios.

Lisa Schwanz is a Senior Lecturer and holds an ARC Discovery Early Career Researcher Award in the School of Biological, Earth and Environmental Sciences and Evolution & Ecology Research Centre at the University of New South Wales.


Critically endangered species successfully reproduced using frozen sperm from ferret dead for 20 years

Black-footed ferrets, a critically endangered species native to North America, have renewed hope for future survival thanks to successful efforts by a coalition of conservationists, including scientists at Lincoln Park Zoo, to reproduce genetically important offspring using frozen semen from a ferret who has been dead for approximately 20 years. The sire, "Scarface," as he is affectionately called by the team, was one of the last 18 black-footed ferrets to exist in the world in the 1980s. Eight kits, including offspring of Scarface, were born recently, significantly increasing the gene diversity of this endangered population that a dedicated team is working to recover in the wild.

Their work published Aug. 13 in the journal Animal Conservation "Recovery of Gene Diversity Using Long-Term Cryopreserved Spermatozoa and Artificial Insemination in the Endangered Black-Footed Ferret."

Partners working to save black-footed ferrets from extinction, and recover a healthy population back to the wild include Lincoln Park Zoo, The Smithsonian Conservation Biology Institute (SCBI), U.S. Fish and Wildlife Service, Louisville Zoological Garden, Cheyenne Mountain Zoo, Phoenix Zoo and Toronto Zoo.

"Our study is the first to provide empirical evidence that artificial insemination with long-stored spermatozoa is not only possible but also beneficial to the genetic diversity of an endangered species," said David Wildt, lead author, senior scientist and head of the Center for Species Survival at SCBI. "What we've done here with the black-footed ferret is an excellent example of how sperm preservation can benefit species recovery programs."

The U.S. Fish and Wildlife Service developed and oversee the Black-Footed Ferret Recovery Program. The Association of Zoos and Aquariums' Species Survival Plan manages the black-footed ferret breeding program at ex situ facilities, the breeding population in which is comprised of approximately 300 animals.

"The entire species survival depends on successful captive management to ensure healthy genetics over the next 100 years and to produce individuals for the reintroduction program," explained Black-Footed Ferret Reproduction Advisor Rachel Santymire, PhD, director of the Davee Center for Endocrinology and Epidemiology at Lincoln Park Zoo. "To balance out these demands on the breeding program, we have to ensure that each individual ferret passes its genes on to the next generation."

Over the past several years, the team has been developing assisted reproductive technology like artificial insemination and semen cryopreservation. For this study, all of the males were managed either at SCBI or at the USFWS National Black-Footed Ferret Conservation Center. Scientists collected semen samples from adult black-footed ferrets that ranged in age from one to six years old. All females were managed at SCBI.

Initially, scientists used fresh semen to artificially inseminate females who failed to naturally mate with males, resulting in 135 kits. With just a few founders to rebuild an entire species, early managers of the black-footed ferret recovery program knew that genetic diversity would be lost. Loss of genetic variation can lead to increased sperm malformation and lower success of pregnancy over time. Researchers, led by Santymire, routinely collected and preserved black-footed ferret semen for later use as part of standard operating procedures.

SCBI developed a successful laparoscopic artificial insemination technique for black-footed ferrets. Females are induced ovulators, which mean that mating itself causes the ovary to release its eggs. SCBI researchers developed a hormone treatment that artificially causes ovulation to occur. Scientists then deposited the male's fresh or frozen-thawed sperm directly into the female's uterus. Animal care staff closely monitored potentially pregnant females by taking weight measurements and remote monitoring of the nest boxes via closed-circuit cameras.

During the 2008 breeding season, SCBI scientists used semen samples from four male black-footed ferrets donors that had been frozen for 10 years. Black-footed ferret Population Advisor Colleen Lynch of Riverbanks Zoo and Garden conducted population genetic analysis to select pairings of deceased sperm donors with living females based on several genetic metrics including mean kinship of the parents and inbreeding coefficients of potential offspring to maximize the genetic benefit of successful pairings. In the years that followed, subsequent AIs incorporated semen that had been cryopreserved up to 20 years, also resulting in successful pregnancies.

"Our findings show how important it is to bank sperm and other biomaterials from rare and endangered animal species over time," said Paul Marinari, senior curator at the Smithsonian Conservation Biology Institute. "These 'snapshots' of biodiversity could be invaluable to future animal conservation efforts, which is why we must make every effort to collect, store and study these materials now."


The science of ‘de-extinction’: Can cloning bring extinct animals back to life?

Which theme park would you rather visit – the one with roaming dinosaurs or the one with a bunch of pigeons? At least the pigeons wouldn’t eat you.

While Jurassic Park remains a fantasy – the latest research indicates the DNA techniques used to recreate dinosaurs in Michael Crichton’s novel and Steven Spielberg’s subsequent movie are not possible – scientists are confident they can bring back an extinct bird.

For its first project in ‘de-extinction’, the Revive & Restore initiative in the US aims to resurrect the North American passenger pigeon, which became extinct in 1914.

While separate attempts to revive the Tasmanian tiger, the California condor and the woolly mammoth may seem more attention-grabbing, the pigeon project could prove to be a milestone in de-extinction.

Its population fell from billions to nothing in the space of a century, but there are hundreds of preserved specimens with extractable DNA to work from. The first step on the road to re-introducing the passenger pigeon will be to sequence the DNA of its nearest living relative, the band-tailed pigeon.

Revive & Restore wants to help scientists attempting to bring extinct species back to life. It also wants to establish an ethical framework for such practices.

On Friday, it will host a day-long TEDx conference in Washington on the subject. Speakers will include experts from the fields of genetics, conservation and biology.

Proponents of de-extinction insist it is viable and point to a recent Spanish experiment in which a Pyrenean ibex, or mountain goat, which went extinct more than ten years ago, was cloned and brought to life, albeit only for a few minutes before it died because of breathing difficulties.

The big question, of course, is one of ethics – why should we play God to bring back extinct animals?

‘We are bringing back extinct species in order to preserve biodiversity, to undo harm that humans have caused in the past and restore ecosystems, and because it’s just the right thing to do,’ said Ryan Phelan, executive director at Revive & Restore.

‘Did we play God when we drove most of these species to extinction? Humans have actually been “meddling” with nature for thousands of years— look at the breeding of horses or dogs, for instance.

‘Through rapidly advancing genomic technology and techniques, it is becoming possible to reconstitute the genomes of extinct species using preserved specimens and archaeological artefacts.

‘Revive & Restore is working with de-extinction scientists worldwide to build a roster of potentially revivable species and establish criteria for which are the most practical and desirable species for conservation and molecular biologists to attempt to bring back.’

Extinction is big news. An exhibition at the Natural History Museum in London, ‘Extinction: Not the End of the World?’, even goes so far as to ask if humankind will destroy itself.

It points out that extinction is a ‘natural part of life on Earth’ and that the animals and plants alive today would not have survived without it.

Ms Phelan said that de-extinction has the same aim as conservation.

‘The highest priority of conservation is to first protect living, endangered species, but de-extinction methodologies can be used to help reduce the threat to some of these species,’ she said.

‘For the species that are revivable, de-extinction project will take decades, if not centuries to complete, so it is extremely important that de-extinction is not seen as a replacement for conservation. In most cases, once a species is extinct, it is truly gone forever.’

Despite these assertions, the World Wide Fund for Nature (WWF) believes we need to concentrate on the species currently under threat, rather than ploughing resources into bringing back those which are extinct.

Glyn Davies, director of global programmes at WWF-UK, said: ‘Although this is exciting technology, it’s important to remember that we are only looking at the possibility because we have failed to look after our natural world.

‘It’s much more important to safeguard species now for a healthy and varied planet and it’s much less expensive to keep thriving populations of plants and animals alive in the wild.’

Revive & Restore insists that transparency and ethics are key to its goals.

‘De-extinction projects are also not going to be hasty or ill-conceived projects,’ said Ms Phelan.

‘First, extensive research about a candidate species is conducted before moving into a lab setting for genomic work to revive the species.

‘Then, once the initial revival is completed, the species will be bred in captivity. The growing population will be studied and then eventually moved to quarantine areas for further observation and analysis.

‘Getting the okay from regulatory agencies will be required before the creatures are ultimately re-introduced to the wild.’

While it might take years before we are petting a woolly mammoth in a zoo for cloned animals, Ms Phelan believes that breakthroughs are on the horizon.

‘There is no doubt that we will see significant de-extinction milestones within the next decade,’ she said.

‘Further de-extinction work is currently underway and species revival projects will rapidly advance. As a field of study and research, we project that de-extinction is poised to rapidly grow into its own discipline.’


The Last Resort for Northern White Rhinos

Northern white rhinos, a subspecies with only three left in its population, would require nothing short of a miracle to be saved from extinction.

The trio, two females and a male, are watched 24/7 by armed guards, who make sure they don't succumb to poachers at their home in the Ol Pejeta Conservancy in Kenya.

Last November, a tweet went viral that showed Sudan, the male, lying on the ground. The tweet came from biologist Daniel Schneider, who underscored that Sudan was the last male of his species.

It wasn't the first time Sudan stirred public sympathy. In May of last year, Ol Pejeta partnered with Tinder to launch a campaign to raise awareness about the rhino, "the most eligible bachelor in the world."

The campaign's goal was to raise money to fund new assisted reproductive techniques.

The price to make that happen? A whopping $9 million. But scientists say they aren't ready to give up quite yet.