Ular coklat telah menjadi salah satu contoh spesies invasif yang paling terkenal di dunia.
Berasal dari Australia dan Pasifik Selatan, ular tersebut kemungkinan mencapai Guam tak lama setelah Perang Dunia II, mungkin dengan bersembunyi di pesawat kargo militer. Kedatangannya membawa dampak buruk. Ular pohon berwarna coklat telah menyebabkan kepunahan lokal pada banyak burung hutan asli Guam dan menyebabkan ratusan pemadaman listrik setiap tahun karena memanjat tiang listrik dan peralatan listrik.
Di beberapa wilayah Amerika Serikat, jumlahnya mencapai 30.000 ular per mil persegi.
Invasi ular yang melampaui ekspektasi
Invasi ini telah lama membuat penasaran para ahli biologi karena populasi Guam diyakini berawal dari sejumlah kecil ular.
Populasi awal yang terbatas seperti ini umumnya menciptakan hambatan genetik yang parah. Dengan semakin sedikitnya perbedaan genetik yang dapat diandalkan, perkawinan sedarah biasanya akan mengurangi kemampuan suatu spesies untuk beradaptasi dan mengurangi kemungkinan pertumbuhan populasi yang cepat.
Sebuah studi baru yang dipimpin oleh Universitas di Buffalo, diterbitkan pada 24 Juli Kemajuan ilmu pengetahuanmenunjukkan bahwa ular pohon coklat memiliki lebih banyak variasi genetik daripada yang diketahui para ilmuwan sebelumnya.
Para peneliti dari UB dan US Geological Survey (USGS) menggunakan pengurutan jangka panjang yang canggih untuk memeriksa sebagian besar genom ular. Mereka menemukan ribuan varian struktural, termasuk segmen DNA yang diduplikasi, dihapus, atau disusun ulang.
Banyak dari variasi ini terkonsentrasi pada gen yang berkaitan dengan kekebalan dan penciuman.
Keanekaragaman genetik yang tersembunyi ini mungkin membantu menjelaskan bagaimana populasi yang hanya terdiri dari segelintir ular dapat bertahan dari perkawinan sedarah yang intens, beradaptasi dengan Guam, dan berkembang secara dramatis.
“Ular pohon coklat mungkin tidak terlalu beragam, namun ia memiliki sumber keragaman genetik yang penting yang selama ini diremehkan,” kata penulis studi tersebut, Trevor Krabbenhoft, PhD, profesor di Departemen Ilmu Biologi UB.
Hasil dengan implikasi di luar Guam
Temuan ini mungkin mengecewakan bagi lembaga-lembaga yang telah menghabiskan waktu puluhan tahun berupaya membendung populasi ular coklat di Guam. Fleksibilitas genetik yang lebih besar dapat membuat spesies invasif lebih tangguh dari perkiraan sebelumnya.
Pada saat yang sama, hasil penelitian ini mungkin memberikan harapan bagi spesies terancam punah yang populasinya sedikit atau memiliki perkawinan sedarah.
“Ada kemungkinan bahwa spesies yang terancam punah memiliki lebih banyak fleksibilitas dalam gen mereka daripada yang kita kira,” kata penulis pertama Christopher Osborne, PhD, mantan mahasiswa doktoral di laboratorium Krabbenhoft dan sekarang menjadi ahli biologi akuatik di Universitas Negeri New York Oswego. “Kami sekarang lebih memahami sumber keragaman genetik yang kurang diketahui yang dapat menjelaskan bagaimana beberapa spesies inbrida masih dapat merespons lingkungannya.”
Urutan yang telah lama dibaca mengungkapkan perubahan tersembunyi dalam DNA
Banyak hal yang diketahui para ilmuwan tentang keragaman genetik berasal dari mempelajari perubahan pasangan basa individu dalam DNA, seperti perubahan A ke G atau T ke C.
Alat pengurutan DNA pertama dirancang terutama untuk mendeteksi perubahan kecil ini. Mereka kurang efektif dalam mengidentifikasi perbedaan besar yang melibatkan rangkaian DNA yang lebih panjang.
Pengurutan yang telah lama dibaca memungkinkan para peneliti untuk memeriksa bagian genom yang jauh lebih besar dan berkesinambungan. Hal ini memungkinkan deteksi varian struktural yang mempengaruhi 50 pasangan basa atau lebih.
Secara keseluruhan, varian struktural mengubah genom hampir delapan kali lebih banyak dibandingkan perubahan yang melibatkan pasangan basa tunggal.
“Ini seperti melihat bagian dari dua buku huruf demi huruf dengan kaca pembesar dan berpikir bahwa keduanya sama, tanpa menyadari bahwa seluruh paragraf telah dipindahkan atau diduplikasi. Teknologi pengurutan yang lama tidak memungkinkan kita dengan mudah melihat bahwa DNA seseorang mungkin berada di tempat yang sama sekali berbeda pada kromosom dibandingkan DNA orang lain,” kata Levi Gray, PhD, peneliti pascadoktoral di laboratorium Krabbenhoft. “Cara kita mendefinisikan keragaman genetik dan cara kita mengukurnya sangat bergantung pada teknologi saat ini.”
Gray sebelumnya mempelajari masalah ular pohon coklat di Guam saat bekerja untuk USGS. Melalui kolaborasi ini, para peneliti memperoleh DNA dari USGS Brown Tree Snake Rapid Response Team (RRT), yang bekerja untuk mencegah penyebaran spesies invasif di tempat lain di Amerika Serikat dan wilayahnya.
Lebih dari 19.000 variasi struktural
Ketika tim menganalisis sampel di laboratorium Krabbenhoft, mereka mengidentifikasi lebih dari 19.000 varian struktural dalam genom ular pohon coklat.
Itu berarti para peneliti menemukan sekitar 19.000 lokasi di mana bagian DNA berbeda karena telah diduplikasi, dihapus, atau disusun ulang.
Variasi ini tidak tersebar secara acak di seluruh genom. Sebaliknya, mereka sering muncul pada gen yang terlibat dalam fungsi kekebalan tubuh dan penciuman, atau indra penciuman.
Ular pohon coklat sangat bergantung pada penciuman untuk bergerak dan berburu. Dengan melambaikan lidahnya yang bercabang, mereka mengumpulkan sinyal kimia di udara yang membantu mereka menemukan calon mangsa.
Keanekaragaman yang tidak biasa yang ditemukan pada gen penciuman mereka juga dapat membantu menjelaskan misteri perilaku. Ular pohon coklat diketahui memakan ular lain di daerah asalnya, namun hanya ada sedikit bukti bahwa mereka sering memangsa satu sama lain di Guam.
“Indra penciuman ular yang meningkat memungkinkan mereka lebih mengenali satu sama lain sebagai saudara kandung – terutama mengingat tingginya tingkat perkawinan sedarah – dibandingkan sebagai mangsa,” kata Gray.
Apakah keragaman genetik muncul di Guam?
Para ilmuwan masih belum mengetahui apakah varian struktural sudah ada sebelum ular mencapai Guam atau muncul setelah invasi dimulai.
Perubahan genom yang besar biasanya terakumulasi selama beberapa generasi. Namun, beberapa penelitian menunjukkan bahwa kemacetan populasi yang parah dapat mempercepat perkembangan varian struktural.
Untuk menentukan kapan perubahan ini terjadi memerlukan perbandingan dengan ular pohon coklat di daerah asalnya.
“Mungkinkah keanekaragaman ini muncul setelah invasi? Itu benar, tapi Anda harus mengurutkan ular dari populasi asli untuk memastikannya,” kata Gray.
Rekan penulis lainnya termasuk ilmuwan USGS M. Renee Bellinger, PhD, dan Melia Nafus, PhD, serta ilmuwan peneliti UB Brian Foote, peneliti pascadoktoral Steven Fleck, PhD, dan mahasiswa doktoral Sarah Chang dan Hannah Waterman.
