Инициативы по восстановлению морской среды исторически осуществлялись в отсутствие эмпирических генетических данных, вместо этого они были сосредоточены на восстановлении структуры, функций и биоразнообразия сообществ и местообитаний (например, Campbell et al., 2014; Marzinelli et al., 2016; Verdura et al., 2018). ). Отчасти это является отражением исторически высокой стоимости, сложности и недоступности геномных методов для оценки исходного генетического разнообразия и структуры с использованием высокопроизводительных методов.Тем не менее, методы восстановления, как правило, неофициально учитывают генетические исходные условия через доступную научную литературу по родственным таксонам, знание прямых расстояний распространения, где их можно измерить, внедрение общих генетических принципов в практику (например, смешивание популяций во избежание инбридинга и обеспечения разнообразия) или через мнение экспертов. Например, глобальный метанализ морских водорослей показал, что масштабы расселения и связи популяций обычно ограничиваются ~ 50 км (Durrant et al., 2014), которые можно использовать как общее правило для определения происхождения, когда отсутствуют эмпирические данные по интересующим видам. В качестве альтернативы, оценки океанографического расстояния распространения относительно свойств пропагул (Gaylord et al., 2006) иногда могут использоваться для вывода надлежащего происхождения в отсутствие данных (например, Coleman et al., 2011b; Coleman et al., 2013) , с учетом потенциальных препятствий для распространения или генетических нарушений (например, Coleman and Brawley, 2005; Coleman and Kelaher, 2009; Alberto et al., 2010; Durrant et al., 2018).

Риск, связанный с восстановлением популяций при отсутствии эмпирических генетических знаний, заключается в том, что восстановленные популяции будут непреднамеренно испытывать недостаток разнообразия или соответствующей адаптивной способности, чтобы справиться с существующими или будущими условиями (например, Williams, 2001), что может быть особенно актуально для видов, которые проявляют мелкомасштабное расселение и поэтому подвержены уменьшению потока генов, увеличению инбридинга или бесполого размножения (например, Guillemin et al., 2008; Coleman et al., 2011a, 2019; Коулман и Вернберг, 2018; Миллер и др., 2019). Этот риск усугубляется из-за растущей фрагментации среды обитания, а ухудшение состояния часто характеризует морские пейзажи, из которых должны поступать имаго или пропагулы-доноры для восстановления (Coleman and Kelaher, 2009). Непреднамеренное получение донорских растений из внешних адаптированных к местным условиям популяций может вызвать дезадаптацию и снижение приспособленности по сравнению с надлежащим происхождением (Sexton et al., 2011), что может способствовать общему отсутствию успехов в восстановлении морской среды на сегодняшний день (например,г., пример кораллов см. Ринкевич, 2014). Однако получение генетических исходных данных теперь доступно для большинства программ восстановления из-за растущей сложности и снижения стоимости современных генетических методов (например, секвенирования), которые позволяют проводить оценки генетической структуры популяции без длительных стадий развития (Narum et al., 2013 ). Мы утверждаем, что такие оценки должны быть запланированы и заложены в бюджет до их реализации в будущих инициативах по восстановлению путем адаптации существующих структур (например,г., Hoffmann et al., 2015).

Современные программы восстановления должны быть нацелены, как минимум, на воспроизведение естественных генетических базовых уровней, основанных на эмпирических генетических данных. Учитывая, что данные «до», собранные до потери, существуют редко (Grant et al., 2017), генетическое разнообразие и структуру популяций следует оценивать в окружающих, предположительно не затронутых популяциях. Затем это может быть воспроизведено в восстановленных популяциях путем тщательного отбора популяций доноров и отдельных лиц (рис. 2).Такие генетические оценки теперь могут выполняться с меньшими затратами и усилиями, чем раньше, с появлением и доступностью высокого уровня на всем протяжении секвенирования, и их следует включать в качестве «передовой практики» в программы восстановления. Более того, современные геномные методы (например, генотипирование путем секвенирования однонуклеотидных полиморфизмов; SNP) позволяют одновременно охарактеризовать как нейтральное, так и функциональное или адаптивное генетическое разнообразие, что призвано улучшить результаты восстановления за счет уточненных решений о происхождении.Хотя в настоящее время в литературе нет примеров его использования в контексте восстановления, генотипирование путем секвенирования десятков тысяч локусов SNP, наряду с эталонными геномами для определения функций, обеспечивает подробные существующие исходные данные для основных основных видов водорослей (например, , E. radiata ), что вскоре позволит репликацию (или индивидуальные манипуляции, см. Раздел « Reinforce — Улучшение генетического базиса для будущих условий») нейтрального и функционального разнообразия и структуры в программах восстановления.

Рисунок 2. Восстановление раки ( P. comosa ) на четырех участках в пределах 70-километрового разрыва в распространении, где он был локально вымершим (заштрихованная область), было обусловлено генетической структурой шести существующих окружающих популяций. Восстановленные сайты представляли собой смесь растений из двух донорских популяций (D), и полученное поколение F1 имитировало естественные существующие генетические исходные линии. По материалам Wood et al. (рассматриваемый).

Восстановление, основанное на основных моделях геномного разнообразия и структуры, недавно было реализовано для одной из крупнейших в мире программ восстановления ламинарии, Operation Crayweed ^{(Wood et al., рассматриваемый). До восстановления популяционное генетическое разнообразие и структура эндемичных раков ( P. comosa ) были охарактеризованы на всем протяжении его распространения и в пределах 180 км по обе стороны от предполагаемых участков восстановления (рис. 2; Coleman et al., 2008; Coleman and Kelaher, 2009; Wood et al., В обзоре). Естественный уровень генетического разнообразия и структуры был воспроизведен в программах восстановления путем отбора и смешивания взрослых растений-доноров с двух участков, которые представляли генетические кластеры, которые встречаются в радиусе 80 км от места утраты Phyllospora (рисунок 2; Wood et al., рассматриваемый). Это позволило избежать смешивания отдаленных генетических кластеров, которые не были репрезентативными для региона, а также было практическим расстоянием для обеспечения выживания донорских растений во время трансплантации. Успех этого подхода был подтвержден быстрым набором и поколением F1, которое имело почти идентичные генетические свойства с донорскими растениями и участками (рис. 2; Wood et al., В обзоре). Это одна из наиболее успешных программ восстановления в мире, и в настоящее время на некоторых восстановленных участках существуют самоподдерживающиеся популяции раков с вероятными поколениями F3–4.}

Чтобы гарантировать использование эмпирических генетических данных для облегчения принятия обоснованных решений о происхождении, данные о генетическом разнообразии и структуре и их связи с условиями окружающей среды должны быть общедоступными для заинтересованных сторон и неспециалистов, включая общественные группы и правительства, которые часто реализуют программы восстановления. Например, веб-сайт восстановления и обновления наземных растений (Rossetto et al., 2019) позволяет пользователям определять участок для восстановления, выбирать подходящее происхождение в определенных генетических популяциях и даже предоставляет варианты происхождения для повышения устойчивости (см. « Revive » — Восстановление существующих или исторических генетических баз »).Для морских систем таких платформ не существует, но разработка новых методов восстановления морской среды, которые повысят доступность восстановления морской среды для различных групп пользователей и в больших масштабах, потребует аналогичных инициатив для обеспечения принятия научно обоснованных решений о происхождении в течение десятилетия восстановления.

Динамические базовые показатели — почему не следует воспроизводить утраченное

В редких случаях доступны исходные генетические данные потерянных или уязвимых популяций, которые теоретически могут быть воспроизведены.Например, редкие данные «до» и «после» выявили значительные изменения в исходных уровнях генетического разнообразия и структуры у трех видов водорослей, на которые повлияла волна тепла у побережья Западной Австралии (Coleman et al., 2011b; Wernberg et al. , 2018; Гургель и др., 2020). В сценарии восстановления, который пытается воспроизвести то, что было утрачено, такие оценки «до» могут использоваться в качестве ориентира для определения происхождения. Это может быть желательно, если законодательство диктует необходимость определения исходных условий (McAfee et al., 2019) или существуют опасения по поводу генетического загрязнения (Potts et al., 2003). Однако эти исследования также показали, что генетические «исходные данные» не статичны, а представляют собой естественные динамические свойства популяций, которые могут быстро изменяться (в течение нескольких месяцев) из-за перераспределения существующих генетических вариантов посредством расселения или отбора (Torda et al., 2017; Гургель и др., 2020).

Это поднимает важный вопрос: желательно ли точно воспроизвести то, что было потеряно, или принять динамичный характер базовых показателей и принять обоснованные решения, чтобы укрепить или переопределить их до неизвестного будущего состояния (Рисунки 1, 3).Потеря ламинарии и изменение генетических базовых линий могут естественным образом повысить устойчивость к будущему стрессу посредством отбора. Таким образом, восстановление лесов ламинарии с использованием прошлых генетических базовых показателей может, таким образом, фактически создать популяции, которые более уязвимы для событий или стрессоров, которые в первую очередь вызвали потерю, обеспечивая механистическую основу и стимул для усиления в качестве цели восстановления. Прогнозирование будущего генетического ответа может быть улучшено путем включения нейтральных и функциональных генетических вариаций в модели распределения видов в соответствии с прогнозируемыми будущими экологическими сценариями (Bay et al., 2017; Разгур и др., 2019). Учитывая естественный сдвиг исходных условий и изменения окружающей среды, которые все больше подавляют внутреннюю способность организмов адаптироваться и выживать в частях своего ареала (Deutsch et al., 2015; Segan et al., 2016), крайне важно изучить потенциал для улучшения или усилить сопротивляемость экосистем за счет восстановления (Hobbs et al., 2017), а также упреждающе усилить сопротивляемость местообитаний, которые будут находиться под угрозой при будущих сценариях изменений.

Рисунок 3. Возможные сценарии восстановления ламинарии в гипотетической зоне, подлежащей восстановлению у побережья Западной Австралии. Частоты предполагаемых теплых (красный) и прохладных (синий) адаптированных генотипов были идентифицированы вдоль градиента температуры океана (заштрихованный фон), что можно было использовать для восстановления или укрепления лесов ламинарии от будущего теплового стресса. В один прекрасный день водоросли с искусственно созданными генетическими элементами могут быть использованы для переопределения генетического базиса.

Идея усиления генетического базиса, которую часто называют «вспомогательной адаптацией» или «вспомогательной эволюцией», является привнесение разнообразия или генотипов, которые повысят устойчивость к будущим стресс-факторам в восстановленных или находящихся под угрозой популяциях.Несмотря на то, что существуют научные и этические проблемы для принятия таких подходов (Coleman and Goold, 2019; Filbee-Dexter and Smajdor, 2019), продолжающееся антропогенное изменение местообитаний и появление новых экосистем ставит такие меры на передний план науки о восстановлении.

Термины «вспомогательная адаптация» или «эволюция» охватывают многочисленные подходы к манипулированию естественными генетическими свойствами популяций с целью повышения их способности адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.Такие меры включают перемещение устойчивых людей в уязвимые группы населения, чтобы повысить их способность противостоять беспорядкам или восстанавливаться после них (известные как вспомогательный поток генов или вспомогательная миграция; Рисунок 3). Это может быть достигнуто путем целевого поиска донорских растений с помощью лабораторных селекционных экспериментов или путем выявления естественного отбора в полевых условиях (Zhang et al., 2011; Robinson et al., 2013; Gurgel et al., 2020). Другой предлагаемой стратегией является «генетическое спасение», когда генетическое разнообразие увеличивается в популяциях с ограниченной адаптационной способностью, а не вводятся совершенно новые генотипы.Выбор в пользу увеличения генетического разнообразия также снижает риски негативных компромиссов в пригодности за счет увеличения общего диапазона реакций на различные условия окружающей среды, не стремясь улучшить одну конкретную функцию. Этот подход повысил эффективность восстановления водорослей за счет большей продуктивности и биоразнообразия на экспериментальных участках с повышенным генетическим разнообразием (Reynolds et al., 2012). Точно так же более высокое генетическое разнообразие в лесах ламинарии может также придать большую устойчивость к климатическим стрессорам (Wernberg et al., 2018). Наконец, устойчивость может быть повышена за счет использования внутривидовой гибридной силы или гетерозиса, когда скрещивание особей из разных популяций (часто не связанных современным потоком генов) увеличивает приспособленность по сравнению с чистокровными (например, Sexton et al., 2011), хотя эта идея могут поддерживаться механизмами, включая увеличение генетического разнообразия per se , добавление более устойчивых генов или эпигенетических ответов (Fujimoto et al., 2018).

Учитывая неоднозначный характер стратегий восстановления, направленных на усиление или улучшение существующих генетических базовых показателей, приоритезация и тщательный отбор видов или участков-кандидатов имеют жизненно важное значение, равно как и эксперименты для подтверждения концепции того, что такие стратегии будут работать в широком диапазоне текущих и потенциальных будущие стрессоры.Возможно, наиболее целесообразно рассмотреть вспомогательную адаптацию в районах, где виды уже находятся под угрозой исчезновения или находятся под угрозой исчезновения, где прогнозы потерь являются серьезными или где последствия утраты будут иметь широкомасштабные экономические и экологические последствия (например, основные виды; Baums, 2008; Aitken and Whitlock , 2013). Австралийские водоросли соответствуют всем этим критериям, потому что отсутствие массивов суши, направленных к полюсу, и теплые течения вдоль обоих береговых линий создают уникальный сценарий, при котором виды заперты в постоянно сужающейся термальной нише (Coleman et al., 2011b, 2017; Мартинес и др., 2018). Прогнозы для австралийских водорослей в соответствии со сценариями изменения климата показывают в среднем 78% потерь текущего распределения в соответствии с непосредственным сценарием RCP 6.0 (Martínez et al., 2018), что может представлять логические цели для вспомогательной адаптации и улучшения существующих генетических базовых показателей. Это может быть сделано путем геномной идентификации наследуемых локусов при отборе для определенных стрессоров в сочетании с экспериментами по манипулятивному стрессу с использованием нескольких стрессоров, которые проверяют устойчивость генотипов, обладающих такими локусами, и оценивают потенциальные компромиссы.Затем хорошо работающие генотипы можно культивировать для улучшения посева в восстановленные популяции (рис. 2; Weeks et al., 2011; Webster et al., 2017; Fredriksen et al., 2020). Однако, учитывая, что такие подходы могут привести к пагубным компромиссам (дезадаптации) и снижению устойчивости к нецелевым стрессорам (Hereford, 2009; Anderson et al., 2014), портфельный подход, в котором вспомогательная адаптация сочетается с другими подходами, включая повышение разнообразия или взаимодействия, защита широкого спектра морских пейзажей и минимизация факторов стресса (Webster et al., 2017) может обеспечить большую безопасность в неопределенном будущем.

Научные достижения обеспечивают никогда ранее не мыслимые решения возникающих экологических проблем, с синтетической биологией и инструментами редактирования генов CRISPR / CAS9 среди наиболее быстро развивающихся и трансформирующих областей науки (Lin and Qin, 2014; Wang et al., 2016; Piaggio et al. ., 2017). Эти технологии включают создание новых и модифицированных генетических вариаций, которые можно использовать в контексте восстановления для переопределения существующих генетических базовых линий и будущей устойчивости видов и популяций к изменениям (рисунок 3; Coleman and Goold, 2019).Потенциальное применение таких технологий огромно, порой вызывает споры, а технологические достижения опережают социальные, этические и практические соображения. Здесь мы обсуждаем некоторые из потенциальных приложений синтетической биологии и редактирования генов в восстановлении. Вместо того, чтобы защищать или противостоять их использованию, мы определяем, где и когда они могут сыграть роль в науке о восстановлении. Независимо от того, будут ли эти методы когда-либо социально приемлемыми или даже необходимыми, это обсуждение, которое необходимо провести на ранней стадии.

Синтетическая биология или искусственное создание новых генетических вариаций — это быстро развивающаяся и преобразующая научная область. Он может включать как генетическую, так и метаболическую инженерию для создания новых функций в живых клетках или создание совершенно новых клеток с синтетическими компонентами. Синтетическая биология стала возможной благодаря снижению затрат на секвенирование и синтез ДНК, доступности обширных баз данных, включая информацию о последовательностях и функциях, и стандартизации частей (генетических элементов, белков, организмов), что позволяет повысить предсказуемость биологических организмов, облегчая их использование в более продуманном подходе в качестве биологических устройств (Canton et al., 2008). Синтетическая биология также стала возможной благодаря разработке инструмента редактирования генома CRISPR / Cas9 (Pretorius, 2017), который расщепляет вирусную двухцепочечную ДНК и позволяет очень точно целенаправленно вносить изменения в геном, если организм генетически податлив ( Дудна и Шарпантье, 2014). Примеры использования CRISPR / Cas9 варьируются от введения точечной мутации в геном вида, чтобы повлиять на количество метаболитов (Shih et al., 2016), до инженерного видообразования с помощью дизайнерских кариотипов (Luo et al., 2018), или создание специфичных для последовательности антимикробных препаратов с помощью микробиомной инженерии (Bikard et al., 2014).

В сочетании с доступностью обширных метагеномных данных у ученых должна быть возможность картировать генетические характеристики устойчивых видов или целых популяций, которые процветают, несмотря на стресс, с помощью естественных и манипулятивных экспериментов. Тогда устойчивые генетические элементы могут помочь руководствоваться принципами проектирования синтетической биологии / геномной инженерии. Например, черты популяций морских организмов, которые адаптировались к неблагоприятным условиям (например,g., загрязненные районы или края теплых ареалов) могут быть введены в родственные виды или затронутые популяции для повышения устойчивости к этим стресс-факторам. Природа этих генетических элементов может варьироваться от выгодных однонуклеотидных полиморфизмов (SNP; Doudna and Charpentier, 2014) до различных генетических аллелей / генов или даже чужеродной / синтезированной ДНК (Williams et al., 2017), до более крупных дупликаций, инверсий или делеции целых плеч хромосом (Luo et al., 2018). Синтетическая биология может быть даже применена для восстановления вымерших видов.Такие подходы рассматриваются в наземных условиях, когда различные группы пытаются воскресить вымершие виды (известные как «вымирание»), такие как гадюка и шерстистый мамонт (Corlett, 2017). Действительно, с помощью обширного и строгого биобанкинга в долгосрочной перспективе можно будет попытаться частично воссоздать вымершие виды и биомы с использованием синтетической биологии и сохранения адаптивного потенциала (Hodgins and Moore, 2016). Таким образом, для обеспечения возможности восстановления в будущем следует незамедлительно рассмотреть подходы к сохранению биобанкинга и ex situ , чтобы обеспечить возможность восстановления среды обитания в будущем.

Другой метод, который представляет собой переопределение существующих генетических базовых линий, — это помощь в эволюции посредством межвидовой гибридизации или гетерозиса. Это использует феномен гибридной силы, при которой гибриды видов F1 демонстрируют большую приспособленность, чем чистые породы, и является новой идеей, которая была предложена в качестве инструмента для повышения выживаемости и устойчивости основных видов в условиях будущего климата (Rinkevich, 2014; van Oppen et al. ., 2015; Wood et al., 2019). В контексте вспомогательной эволюции межвидовая гибридизация будет облегчена там, где в противном случае она не произошла бы в пространстве или во времени (например,g., репродуктивная изоляция) или в рамках эволюционных временных рамок, которые соответствовали бы быстрым темпам изменения климата. Например, было показано, что гибриды водорослей и кораллов обладают большей термостойкостью (Chan et al., 2018; Martins et al., 2019), что может быть использовано в контексте восстановления или вспомогательной адаптации, которая допускает переопределение генетических базовых линий путем смешивания генофонды видов.

В настоящее время переопределение существующих генетических базовых линий в природных экосистемах, пожалуй, наиболее приемлемо и этически приемлемо в крайнем случае прекращения исчезновения видов.Учитывая преобразующий характер и непредсказуемость создания новых генетических состояний, мы предполагаем, что отправной точкой может быть определение приоритетных видов с небольшими шансами на сохранение в будущих климатических условиях. Опять же, австралийские водоросли являются прекрасным примером такой ситуации, потому что быстрое потепление, сужение термической ниши в сочетании с высоким эндемизмом (Phillips, 2001) создают условия, при которых многие виды вымрут в течение следующего столетия (Martínez et al., 2018). Например, эндемичный фукоид P.comosa (Coleman and Wernberg, 2017), согласно прогнозам, полностью исчезнет к 2100 году в соответствии с будущими сценариями изменения климата с учетом существующих допусков по температуре. Более того, этот вид имеет неглубокую историю с низким генетическим разнообразием и структурой (Coleman and Kelaher, 2009; Coleman et al., 2011a; Durrant et al., 2015), что, вероятно, ограничивает его возможные реакции на изменения. Учитывая, что никакие другие существующие виды, по-видимому, не обладают такими же функциями, как P. comosa (Marzinelli et al., 2014, 2016), это требует быстрого обсуждения возможностей генной инженерии новых элементов для повышения термостойкости, а также ограничения влияние дополнительных стрессоров (Coleman, Goold, 2019).Без таких вмешательств этот ключевой вид фундамента может быть утерян навсегда.

Вспомогательная адаптация, редактирование генов и гибридизация поднимают сложные этические проблемы, которые в основном сосредоточены на том, должны ли мы намеренно вводить новые генетические объекты в естественные экосистемы. С этической точки зрения такое смещение фокуса восстановления с « возродите » к « переопределите » является значительным (Camacho, 2010). Переопределение генетических базовых линий может создать проблематичные оценочные суждения, такие как приоритетность одних видов или свойств над другими, эффективное определение победителей и проигравших в антропоцене.Эти стратегии по изменению популяций, чтобы противостоять будущему стрессу, также трансформируют нашу роль из хранителей в инженеров и проектировщиков естественных систем, которые мы не полностью понимаем, и могут перемещать экосистемы в состояния, в которых они никогда не были раньше. В результате мы определяем ценность видов и экосистем на основе того, в какой степени они соответствуют нашим нынешним идеалам того, как должны быть вещи, — ориентируясь на более нетронутую, знакомую экосистему, которая была подвергнута генетическим манипуляциям, чтобы противостоять определенным типам экологического стресса, вместо непредсказуемой и незнакомой экосистемы, которая трансформируется из-за деятельности человека.Использование адаптивной или вспомогательной эволюции также осложняется мировоззрением манипулирования окружающей средой и коммодификации природных систем, которые могут увековечить вредные привычки и предрасположенности, которые в первую очередь вызвали потерю среды обитания (Sandler, 2013). Даже если она сама по себе не является моральной ошибкой, адаптированная или поддерживаемая эволюция может усилить зависимость от биотехнологического вмешательства или даже использоваться для оправдания продолжения вредных практик в будущем.

И наоборот, бездействие или пассивные решения (т.е., не использовать все доступные инструменты для потенциального спасения вида или среды обитания от исчезновения) также может быть неэтичным. Если у нас есть основания предполагать, что бездействие причинит больше вреда, чем действие, то вмешательство, по-видимому, является лучшим доступным курсом действий. В идеальном мире мы бы сократили выбросы и смягчили бы антропогенное воздействие вовремя, чтобы оставаться в «возрожденном» пространстве сохранения. Тем не менее, мы находимся в состоянии кризиса, который, как мы знаем, серьезно повлияет на нашу окружающую среду и будущее поколение (Gattuso et al., 2015). В свете этой неотложной реальности можно утверждать, что мы несем моральную ответственность за риск, который, как мы можем разумно предсказать, поможет исправить ущерб, причиненный человеком, — при условии, что мы не будем безрассудными или небрежными в этом отношении (Douglas, 2003). . Как минимум, мы должны стремиться досконально понять потенциальные последствия использования всех инструментов, доступных нам сейчас, чтобы иметь возможность выбирать эти варианты, если в будущем возникнет какой-то катастрофический сценарий (например, «вооружить будущее» аргумент », изложенный Гардинером, 2010).

На более практическом уровне есть несколько первых шагов, которые мы можем предпринять, чтобы включить этические соображения в решения об использовании инструментов вспомогательной эволюции. Во-первых, мы можем обеспечить выполнение минимального стандарта оценки риска потенциального воздействия на окружающую среду. Это может включать контролируемые манипулятивные эксперименты с новыми или сконструированными генотипами для оценки их эффективности и взаимодействия в естественных условиях. Во-вторых, получено информированное согласие заинтересованных сторон и что не существует конфликта интересов во взаимоотношениях между исследователями / менеджерами и местными сообществами.Наконец, мы можем разработать политику и рекомендации по использованию этих инструментов в конкретных системах. Тем не менее, существует острая необходимость в безотлагательном сотрудничестве и диалоге между генетиками, синтетическими биологами, экологами и защитниками окружающей среды для определения возможностей использования этих трансформирующих технологий и обеспечения того, чтобы существующие направления исследований были построены на траекториях, позволяющих этим разрозненным в настоящее время областям слиться воедино. практические реставрационные решения. Хотя применение таких методов в естественных условиях в настоящее время вызывает споры (Filbee-Dexter and Smajdor, 2019), они должны оставаться в центре обсуждения перспективных морских экосистем и методов восстановления (Coleman and Goold, 2019).

Восстановить или переопределить: широко применимый каркас

Хотя мы сосредоточились здесь на ламинарии, представленная схема широко применима к любой морской или наземной программе восстановления. В самом деле, его может даже легче применить и принять для восстановления видов, которые более поддаются генетической обработке, чем водоросли. Геномные методы могли бы развиваться быстрее для таксонов, для которых легче применять методы экстракции ДНК и последующего секвенирования. Кроме того, геномные ресурсы более развиты для ключевых модельных видов, таких как кораллы, прогресс в направлении оживляет и переопределяет более осязаемым.Действительно, генетика и происхождение являются новыми соображениями в руководящих принципах восстановления коралловых рифов (Baums et al., 2019) и стандартных методах, которые легко доступны для менеджеров и практиков (например, www.reefresilience.org). Для таких таксонов прогресс в направлении эмпирического включения соответствующих генетических исходных данных в программы восстановления должен быть более быстрым. Задача переопределения генетических базовых показателей в программах восстановления также может быть более ощутимой для таксонов, которые имеют прямую экономическую ценность (например, выловленные виды), где программы селекции часто включают подробные геномные оценки, связывающие характеристики и характеристики с условиями окружающей среды.Несмотря на это, восстановление основных макрофитов (например, солончаков, водорослей, мангровых зарослей) и животных (например, устриц, кораллов), лежащих в основе огромного биоразнообразия морских систем, получает все большую поддержку, финансирование и совершенствование с большим потенциалом для достижения целей Соединенных Штатов. Десятилетие восстановления народов.

Заключение

Независимо от того, восстанавливать и восстанавливать исторические и существующие генетические базовые линии, или укреплять и переопределять их до какого-то неизвестного будущего состояния, фундаментально повлияет на устойчивость и адаптивную способность восстановленных популяций (Hobbs et al., 2009; ван Оппен и др., 2015; Breed et al., 2018, 2019; Wood et al., 2019), но в основном не тестировался для морских систем. Здесь мы обсуждаем применение как традиционных, так и современных геномных инструментов для характеристики (например, генотипирование путем секвенирования) и манипулирования (CRISPR / Cas9) генетическим составом потерянных или деградированных морских местообитаний. Растущая доступность этих геномных методов означает, что будущие усилия по восстановлению морской среды могут и должны осуществляться с использованием наилучших доступных генетических данных и технологий.Как минимум, исходные эмпирические генетические данные должны использоваться для принятия решений о происхождении и, где это приемлемо, включать стратегии вспомогательной адаптации.

В более широком смысле очевидно, что восстановление в традиционном смысле возврата системы к прошлому состоянию вряд ли будет достаточным или эффективным в будущих климатических условиях (van Oppen et al., 2017). Вместо этого восстановление должно быть направлено на усиление и, возможно, даже на переопределение популяций и видов, чтобы противостоять будущим условиям окружающей среды и стрессорам.Однако это требует глубокого и сложного управления (до какого исходного уровня мы должны «восстановить?»), Технического (как нам достичь этого исходного уровня в практическом смысле?) И этического (какое право мы имеем вводить новые генетические объекты в морскую среду). окружающая среда?) вопросы, которые будут определять наши постоянные отношения с природой. Мы выступаем за то, чтобы во всем мире морские менеджеры и ученые стали быстро рассматривать более интервенционистские подходы. Неспособность рассмотреть и подготовиться к таким подходам, несмотря на этические дебаты, также является этическим решением с потенциально серьезными экологическими последствиями бездействия.

Восстановление морской среды извлечет пользу из уроков истории биомедицинских областей, в которых технологические разработки и связанные с ними выгоды часто опережают социальный и этический диалог, необходимый для реализации. Таким образом, между учеными, политиками и широким сообществом требуется оперативный диалог по вопросам установления целевых показателей восстановления, включая растущую потребность в восстановлении для будущих условий и последствия использования новых или созданных генетических объектов (Coleman and Goold, 2019).Научные программы должны быть построены на траекториях, чтобы обеспечить основу для таких решений. Только тогда мы сможем гарантировать, что наши ценные морские среды обитания продолжат предоставлять экосистемные товары и услуги перед лицом растущих изменений окружающей среды.

Авторские взносы

MC и AM придумали идею и руководили рукописью. Все авторы писали разделы и редактировали рукопись. AM представил цифры.

Финансирование

Эта работа финансировалась за счет грантов Австралийского исследовательского совета для TW, MC и KF-D (DP1

058), KF-D (DE1

692) и PS, EM, AV и MC (LP150100064).HG встроен в инициативу синтетической биологии в Университете Маккуори и получает финансовую поддержку за счет внутреннего гранта Университета и внешних грантов от Bioplatforms Australia, главного ученого и инженера Нового Южного Уэльса (NSW) и Департамента первичных производств штата Новый Южный Уэльс.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сноски

Список литературы

Эйткен, С. Н., и Уитлок, М. К. (2013). Содействие потоку генов для облегчения местной адаптации к изменению климата. Annu. Rev. Ecol. Evol. Системат. 44, 367–388. DOI: 10.1146 / annurev-ecolsys-110512-135747

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Альберто Ф., Раймонди П. Т., Рид Д. К., Коэльо Н. С., Леблуа Р., Уитмер А. и др. (2010). Непрерывность среды обитания и географическое расстояние предсказывают генетическую дифференциацию популяций гигантских водорослей. Экология 91, 49–56. DOI: 10.1890 / 09-0050.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Андерсон, Дж. Т., Ли, К.-Р., и Митчелл-Олдс, Т. (2014). Сильный отбор по всему геному улучшает компромиссы пригодности в разных средах и эпизодах отбора. Evolution 68, 16–31. DOI: 10.1111 / evo.12259

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баумс, И. Б. (2008). Руководство по восстановительной генетике для сохранения коралловых рифов. Мол. Ecol. 17, 2796–2811. DOI: 10.1111 / j.1365-294x.2008.03787.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баумс, И. Б., Бейкер, А. К., Дэвис, С. В., Гроттоли, А. Г., Кенкель, К. Д., Китчен, С. А., и др. (2019). Соображения по поводу максимизации адаптивного потенциала восстановленных популяций кораллов в западной части Атлантического океана. Ecol. Прил. 29, e01978.

Google Scholar

Бэй, Р. А., Роуз, Н., Барретт, Р., Бернатчес, Л., Галамбор, К. К., Ласки, Дж.R., et al. (2017). Прогнозирование реакции на современные изменения окружающей среды с использованием эволюционных архитектур реагирования. Am. Nat. 189, 463–473. DOI: 10.1086 / 691233

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бикард Д., Эйлер К. В., Цзян В., Нуссенцвейг П. М., Голдберг Г. В., Дюпорте X. и др. (2014). Использование нуклеаз crispr-cas для производства противомикробных препаратов, специфичных для последовательности. Нат. Biotechnol. 32, 1146–1150. DOI: 10.1038 / NBT.3043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бишофф, А., Штейнгер, Т., и Мюллер-Шерер, Х. (2010). Важность происхождения растений и генотипического разнообразия семенного материала, используемого для экологического восстановления. Рестор. Ecol. 18, 338–348. DOI: 10.1111 / j.1526-100x.2008.00454.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брид, М. Ф., Харрисон, П. А., Бишофф, А., Деррути, П., Гелли, Н. Дж. С., Гонсалес, Э. К. и др. (2018). Приоритетные действия для улучшения принятия решений о происхождении. BioScience 68, 510–516.DOI: 10.1093 / biosci / biy050

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брид, М. Ф., Харрисон, П. А., Блит, К., Бирн, М., Гэджет, В., Гелли, Н. Дж. С. и др. (2019). Потенциал геномики для восстановления экосистем и биоразнообразия. Нат. Преподобный Жене. 20, 615–628. DOI: 10.1038 / s41576-019-0152-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Камачо, А. Э. (2010). Содействие миграции: новое определение закона о природе и природных ресурсах в условиях изменения климата. Yale J. Regul. 27, 171.

Google Scholar

Кэмпбелл, А. Х., Марзинелли, Э. М., Вержес, А., Коулман, М. А., и Стейнберг, П. Д. (2014). На восстановление утраченных подводных лесов. PLoS ONE 9: e84106. DOI: 10.1371 / journal.pone.0084106

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кантон Б., Лабно А. и Энди Д. (2008). Уточнение и стандартизация синтетических биологических частей и устройств. Нат. Biotechnol. 26, 787–793. DOI: 10.1038 / nbt1413

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карлайл, Дж. Г., Тернер, К. Х. и Эберт, Э. Э. (1964). Искусственная среда обитания в морской среде. Сакраменто, Калифорния: Агентство ресурсов Калифорнии.

Google Scholar

Карнелл, П. Э., Кео, М. Дж. (2019). Реконструкция исторических морских популяций показывает серьезное сокращение лесной экосистемы ламинарии в Австралии. Estuar. Побережья 42, 765–778.DOI: 10.1007 / s12237-019-00525-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чан, В. Ю., Пеплоу, Л. М., Менендес, П., Хоффманн, А. А., и ван Оппен, М. Дж. Х. (2018). Межвидовая гибридизация может предоставить новые возможности для восстановления коралловых рифов. Фронт. Mar. Sci. 5: 160. DOI: 10.3389 / fmars.2018.00160

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман, М. А., и Броули, С. Х. (2005). Пространственная и временная изменчивость в расселении и популяционно-генетической структуре водорослей каменистой. Mar. Ecol. Прог. Сер. 300, 63–77. DOI: 10.3354 / meps300063

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман, М. А., Цетина-Эредиа, П., Роуган, М., Фенг, М., Себилл, Э. и Келахер, Б. П. (2017). Предвидение изменений в будущей связности в сети морских охраняемых территорий. Global Change Biol. 23, 3533–3542. DOI: 10.1111 / gcb.13634

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман, М.А., Чемберс, Дж., Нотт, Н.A., Malcolm, H.A., Harasti, D., Jordan, A., et al. (2011a). Связь внутри и между сетью морских заповедников с умеренным климатом. PLoS ONE 6: e20168. DOI: 10.1371 / journal.pone.0020168

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман М. А., Роуган М., Макдональд Х. С., Коннелл С. Д., Гилландерс Б. М., Келахер Б. П. и др. (2011b). Вариация силы континентальных пограничных течений определяет общеконтинентальные связи в водорослях. J. Ecol. 99, 1026–1032. DOI: 10.1111 / j.1365-2745.2011.01822.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман, М. А., Кларк, Дж. С., Доблин, М. А., Бишоп, М. Дж., И Келахер, Б. П. (2019). Генетическая дифференциация экотипов эстуария и открытого побережья доминирующего экосистемного инженера. Мар. Freshw. Res. 70, 977–985.

Google Scholar

Коулман М. А., Фенг М., Роуган М., Цетина-Эредиа П. и Коннелл С. Д. (2013). Распространение воды на умеренном шельфе австралийскими пограничными течениями: последствия для связности населения. Лимнол. Oceanogr. Fluids Environ. 3, 295–309. DOI: 10.1215 / 21573689-2409306

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман М. А., Гулд Х. (2019). Использование синтетической биологии для сохранения лесов ламинарии. J. Phycol. 55, 745–751. DOI: 10.1111 / JPY.12888

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман, М. А., Келахер, Б. П. (2009). Связь между фрагментированными популяциями водорослей, образующих среду обитания, Phyllospora comosa (Phaeophyceae, Fucales) на урбанизированном побережье. Mar. Ecol. Прог. Сер. 381, 63–70. DOI: 10.3354 / meps07977

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман М. А., Келахер Б. П., Стейнберг П. Д. и Миллар А. Дж. К. (2008). Отсутствие крупной коричневой макроводоросли на урбанизированных скалистых рифах вокруг Сиднея, Австралия, и свидетельство исторического упадка. J. Phycol. 44, 897–901. DOI: 10.1111 / j.1529-8817.2008.00541.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман М.А., Вернберг Т.(2017). Забытые подводные леса: ключевая роль фукоидов на рифах умеренного пояса Австралии. Ecol. Evol. 7, 8406–8418. DOI: 10.1002 / ece3.3279

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коулман, М. А., Вернберг, Т. (2018). Генетическое и морфологическое разнообразие симпатрических водорослей с контрастирующими репродуктивными стратегиями. Aquat. Биол. 27, 65–73. DOI: 10.3354 / ab00698

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коннелл, С.Д., Рассел, Б.Д., Тернер, Д. Дж., Шеперд, С. А., Килдеа, Т., Миллер, Д. и др. (2008). Восстановление утраченного исходного состояния: пропавшие леса водорослей на столичном побережье. Mar. Ecol. Прог. Сер. 360, 63–72. DOI: 10.3354 / meps07526

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Корлетт Р. Т. (2017). Большой набор инструментов: биотехнологии в сохранении биоразнообразия. Trends Biotechnol. 35, 55–65. DOI: 10.1016 / j.tibtech.2016.06.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крузей Р., Курран, М., Феррейра, М. С., Линденмайер, Д. Б., Грелле, К. Э. В., и Рей Бенаяс, Дж. М. (2016). Глобальный метаанализ экологических факторов успеха восстановления лесов. Нат. Commun. 7: 11666.

Google Scholar

ДеАнджелис, М. Б., Саттон-Гриер, Э. А., Колден, А., Аркема, К. К., Бэйли, Дж. К., Беннет, О. Р. и др. (2020). Социальные факторы, имеющие ключевое значение для восстановления прибрежных территорий в ландшафтном масштабе: уроки, извлеченные из трех тематических исследований в США. Устойчивость 12: 869.DOI: 10.3390 / su12030869

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дойч К., Феррел А., Зайбель Б., Пёртнер Х. и Хьюи Р. (2015). Изменение климата ужесточает метаболические ограничения в морских средах обитания. Наука 348, 1132–1135. DOI: 10.1126 / science.aaa1605

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дудна, Дж. А., и Шарпантье, Э. (2014). Новые рубежи геномной инженерии с Crispr-Cas9. Наука 346, 1258096. DOI: 10.1126 / наука.1258096

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дуглас, Х. (2003). Моральная ответственность ученых. Am. Филос. Кварта. 40, 59–68.

Google Scholar

Даррант, Х. М. С., Барретт, Н. С., Эдгар, Г. Дж., Коулман, М. А., и Берридж, К. П. (2015). Неглубокие филогеографические истории ключевых видов в очаге биоразнообразия. Phycologia 54, 556–565. DOI: 10.2216 / 15-24.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дюррант, Х.М.С., Барретт, Н.С., Эдгар, Г.Дж., Колман, М.А., и Берридж, К.П. (2018). Пятнистость и гидродинамика среды обитания морского пейзажа объясняют генетическое структурирование популяций ламинарии. Mar. Ecol. Прог. Сер. 587, 81–92. DOI: 10.3354 / meps12447

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Даррант, Х. М. С., Берридж, К. П., Келахер, Б. П., Барретт, Н. С., Эдгар, Г. Дж., И Колман, М. А. (2014). Последствия отдаленной изоляции макроводорослей для сетей морских охраняемых территорий. Консерв. Биол. 28, 438–445. DOI: 10.1111 / cobi.12203

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эгер, А. М., Марзинелли, Э. М., Стейнберг, П. Д., и Верже, А. (2019). Портал Open Science Framework (OSF) . Доступно в Интернете по адресу: osf.io/5bgtw

Google Scholar

Эванс, С. М., Синклер, Э. А., Пур, А. Г. Б., Бейн, К. Ф., и Верже, А. (2018). Оценка влияния генетического разнообразия на раннее укоренение находящихся под угрозой исчезновения морских водорослей Posidonia australis с использованием эксперимента с реципрокной трансплантацией. Рестор. Ecol. 26, 570–580. DOI: 10.1111 / rec.12595

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Филби-Декстер, К., Шейблинг, Р. Э. (2014). Пустоши морских ежей как альтернативные стабильные состояния разрушенных экосистем водорослей. Mar. Ecol. Прог. Сер. 495, 1–25. DOI: 10.3354 / meps10573

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Филби-Декстер, К., и Смайдор, А. (2019). Этика помощи эволюции в сохранении морской среды. Фронт.Mar. Sci. 6:20. DOI: 10.3389 / fmars.2019.00020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Филби-Декстер, К., Вернберг, Т. (2018). Rise of Turfs: новый фронт борьбы за глобальное сокращение лесов водорослей. BioScience 68, 64–76. DOI: 10.1093 / biosci / bix147

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фредриксен, С., Филби-Декстер, К., Нордерхауг, К. М., Стин, Х., Бодвин, Т., Коулман, М. А. и др. (2020). Зеленый гравий: новый инструмент восстановления для борьбы с упадком ламинарии. Sci. Отчет 10: 3983.

Google Scholar

Фудзимото, Р., Уэзоно, К., Исикура, С., Осабе, К., Пикок, В. Дж., И Деннис, Э. С. (2018). Недавние исследования механизма гетерозиса важны для систем селекции сельскохозяйственных культур и овощей. Порода. Sci. 68, 145–158. DOI: 10.1270 / jsbbs.17155

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гардинер С. (2010). «Неужели вооружение будущего с помощью геоинженерии — действительно меньшее зло? Некоторые сомнения в этичности преднамеренного манипулирования климатической системой », в Climate Ethics: Essential Readings , eds S.Гардинер, С. Кейни, Д. Джеймисон и Х. Шу (Oxford: Oxford University Press), 30.

Google Scholar

Gattuso, J.-P., Magnan, A., Billé, R., Cheung, W. W. L., Howes, E. L., Joos, F., et al. (2015). Противопоставление будущего океана и общества по различным сценариям антропогенных выбросов CO2. Наука 349: aac4722. DOI: 10.1126 / science.aac4722

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гейлорд Б., Рид Д. К., Раймонди П. Т. и Уошберн Л.(2006). Распространение спор макроводорослей в прибрежной среде: механистические выводы, выявленные с помощью теории и экспериментов. Ecol. Monogr. 76, 481–502. DOI: 10.1890 / 0012-9615 (2006) 076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грант П. Р., Грант Б. Р., Хьюи Р. Б., Джонсон М. Т. Дж., Нолл А. Х. и Шмитт Дж. (2017). Эволюция, вызванная экстремальными явлениями. Philos. Пер. R. Soc. B-Biol. Sci. 372: 20160146.

Google Scholar

Гийемен, М.-Л., Фогерон, С., Дестомб, К., Виард, Ф., Корреа, Дж. А., и Валеро, М. (2008). Генетическая изменчивость диких и культурных популяций гаплоидно-диплоидной красной водоросли gracilaria chilensis: как методы ведения сельского хозяйства способствуют бесполому размножению и гетерозиготности. Evolution 62, 1500–1519. DOI: 10.1111 / j.1558-5646.2008.00373.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гургель, К. Ф. Д., Камачо, О., Минне, А. Дж. П., Вернберг, Т., и Коулман, М. А. (2020). Морская волна тепла вызывает загадочную потерю генетического разнообразия в подводных лесах. Curr. Биол. [Epub перед печатью].

Google Scholar

Херефорд, Дж. (2009). Количественный обзор местных адаптаций и компромиссов фитнеса. Am. Nat. 173, 579–588. DOI: 10.1086 / 597611

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоббс, Р. Дж., Хиггс, Э., и Харрис, Дж. А. (2009). Новые экосистемы: значение для сохранения и восстановления. Trends Ecol. Evol. 24, 599–605. DOI: 10.1016 / j.tree.2009.05.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоббс Р.Дж., Хиггс, Э. С., и Холл, К. М. (2017). Расширение портфолио: сохранение шедевров природы в меняющемся мире. BioScience 67, 568–575. DOI: 10.1093 / biosci / bix043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ходгинс, К. А., Мур, Дж. Л. (2016). Адаптация к потеплению мира: экологическое восстановление, изменение климата и геномика. Am. J. Bot. 103, 590–592. DOI: 10.3732 / ajb.1600049

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоффманн, А., Гриффин, П., Диллон, С., Катулло, Р., Рэйн, Р., Бирн, М. и др. (2015). Рамки для включения эволюционной геномики в сохранение биоразнообразия и управление им. Клим. Ответы на изменения 2: 1.

Google Scholar

Хоффманн, М., Хилтон-Тейлор, К., Ангуло, А., Бём, М., Брукс, Т. М., Бутчарт, С. Х. М. и др. (2010). Влияние сохранения на статус позвоночных в мире. Наука 330: 1503.

Google Scholar

Хьюз, Т.П., Барнс, М. Л., Беллвуд, Д. Р., Синнер, Дж. Э., Камминг, Г. С., Джексон, Дж. Б. С. и др. (2017). Коралловые рифы в антропоцене. Nature 546, 82–90.

Google Scholar

IPCC (2019). Резюме для политиков. Специальный отчет IPCC об океане и криосфере в условиях меняющегося климата. Женева: МГЭИК.

Google Scholar

Крумхансл, К. А., Окамото, Д. К., Рассвайлер, А., Новак, М., Болтон, Дж. Дж., Кавано, К. С. и др. (2016).Глобальные модели лесов ламинарии изменились за последние полвека. Proc. Natl. Акад. Sci. США 113, 13785–13790.

Google Scholar

Kuwahara, H., Watanuki, A., Aota, T., Ando, ​​W., Kawai, T., Terawaki, T., et al. (2006). Тенденции в литературе по методам восстановления водорослей на бесплодных землях Японии. J. Fish. Англ. 43, 81–87.

Google Scholar

Layton, C., Coleman, M.A., Marzinelli, E.M., Steinberg, P.D., Swearer, S.E., Vergés, A., et al. (2020). Восстановление ламинарии в Австралии. Фронт. Mar. Sci. 7:74. DOI: 10.3389 / fmars.2020.00074

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С. Г. (2019). «Пополнение морских запасов, пополнение запасов и морское разведение в Корее», в Управление дикой природой — Неудачи, успехи и перспективы, , ред. Дж. Р. Кидегешо и А. А. Риджа (Лондон: IntechOpen).

Google Scholar

Линь Х. и Цинь С. (2014). Переломные моменты в генной инженерии морских водорослей: расширение возможностей в следующем десятилетии. Мар. Наркотики 12, 3025–3045. DOI: 10.3390 / md12053025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линг, С. Д., Джонсон, К. Р., Фрушер, С. Д. и Риджуэй, К. Р. (2009). Чрезмерный вылов рыбы снижает устойчивость зарослей водорослей к катастрофическому фазовому сдвигу, вызванному климатическими изменениями. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106, 22341–22345. DOI: 10.1073 / pnas.0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линг, С.Д., Шайблинг, Р.Э., Рассвайлер, А., Джонсон, К.Р., Ширс, Н., Коннелл, С. Д. и др. (2015). Глобальная динамика смены режима катастрофического перевыпаса морских ежей. Philos. Пер. R. Soc. B Biol. Sci. 370, 20130269. DOI: 10.1098 / rstb.2013.0269

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луо, Дж., Сан, X., Кормак, Б. П., и Боке, Дж. Д. (2018). Конструирование кариотипа путем слияния хромосом приводит к репродуктивной изоляции дрожжей. Природа 560, 392–396. DOI: 10.1038 / s41586-018-0374-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартинес, Б., Рэдфорд, Б., Томсен, М.С., Коннелл, С.Д., Карреньо, Ф., Брэдшоу, К.Дж.А. и др. (2018). Модели распространения предсказывают значительное сокращение водорослей, образующих среду обитания, в ответ на потепление океана. Дайверы. Распространить. 24, 1350–1366. DOI: 10.1111 / ddi.12767

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартинс, Н., Пирсон, Г. А., Гувейя, Л., Таварес, А. И., Серрао, Е. А., и Барч, И. (2019). Энергия гибридов в отношении термостойкости у гибридов между аллопатрическими водорослями Laminaria digitata и L.pallida (Laminariales, Phaeophyceae) с контрастирующим термическим сродством. Eur. J. Phycol. 54, 548–561. DOI: 10.1080 / 09670262.2019.1613571

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Марзинелли, Э. М., Кэмпбелл, А. Х., Вержес, А., Коулман, М. А., Келахер, Б. П., и Стейнберг, П. Д. (2014). Восстановление водорослей: поддерживает ли сокращающийся фукоид Phyllospora comosa иное биоразнообразие, чем другие среды обитания? J. Appl. Phycol. 26, 1089–1096.DOI: 10.1007 / s10811-013-0158-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Марзинелли, Э. М., Леонг, М. Р., Кэмпбелл, А. Х., Стейнберг, П. Д., и Вержес, А. (2016). Восстанавливает ли восстановление водорослей, формирующих среду обитания, связанное с ними разнообразие фауны? Рестор. Ecol. 24, 81–90. DOI: 10.1111 / rec.12292

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Макафи Д., Даблдей З. А., Гейгер Н. и Коннелл С. Д. (2019). Всем нравится история успеха: оптимизм вдохновляет на охрану окружающей среды. BioScience 69, 274–281. DOI: 10.1093 / biosci / biz019

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маккей, Дж. К., Кристиан, К. Э., Харрисон, С., и Райс, К. Дж. (2005). «Насколько локально локально?» — обзор практических и концептуальных вопросов генетики реставрации. Рестор. Ecol. 13, 432–440. DOI: 10.1111 / j.1526-100x.2005.00058.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миджангос, Дж. Л., Пачони, К., Спенсер, П. Б. С. и Крейг, М.Д. (2015). Вклад генетики в экологическое восстановление. Мол. Ecol. 24, 22–37. DOI: 10.1111 / mec.12995

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Миллер А., Коулман М., Кларк Дж., Кук Р., Нага З., Доблин М. и др. (2019). Местная тепловая адаптация и ограниченный поток генов ограничивают будущую реакцию инженеров морской экосистемы на климат. Evol. Прил. 1–17.

Google Scholar

Нарум, С. Р., Беркл, К. А., Дэйви, Дж.В., Миллер М. Р., Гогенлоэ П. А. (2013). Генотипирование путем секвенирования в экологической и природоохранной геномике. Мол. Ecol. 22, 2841–2847. DOI: 10.1111 / mec.12350

CrossRef Полный текст | Google Scholar

North, W. J. (1976). Аквакультурные методы создания и восстановления грядок гигантских водорослей, Macrocystis spp. J. Fish. Res. Board Canada 33, 1015–1023. DOI: 10.1139 / f76-129

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Перринг, М.П., Стэндиш, Р. Дж., Прайс, Дж. Н., Крейг, М. Д., Эриксон, Т. Е., Рутроф, К. X. и др. (2015). Достижения в реставрационной экологии: ответ на вызовы ближайших десятилетий. Экосфера 6: арт131. DOI: 10.1890 / es15-00121.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Филлипс, Дж. А. (2001). Горячие точки биоразнообразия морских макроводорослей: почему бентосная флора южной части Австралии отличается высоким видовым богатством и эндемизмом? Biodivers. Консерв. 10, 1555–1577.

Google Scholar

Пьяджио, А. Дж., Сегельбахер, Г., Седдон, П. Дж., Алфей, Л., Беннет, Э. Л., Карлсон, Р. Х. и др. (2017). Пришло ли время для сохранения синтетического биоразнообразия? Trends Ecol. Evol. 32, 97–107.

Google Scholar

Попкин, Г. (2018). Может ли трансгенный каштан восстановить икону леса? Наука 361, 830–831. DOI: 10.1126 / science.361.6405.830

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поттс, Б.М., Барбур Р. К., Хингстон А. Б. и Вайланкур Р. Э. (2003). Генетическое загрязнение природных генофондов эвкалипта — определение рисков. Austr. J. Bot. 51, 1–25.

Google Scholar

Пауэрс Р. П. и Джетц В. (2019). Глобальная потеря среды обитания и риск исчезновения наземных позвоночных при будущих сценариях изменения землепользования. Нат. Клим. Изменить 9, 323–329. DOI: 10.1038 / s41558-019-0406-z

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Преториус, И.С. (2017). Синтетическая инженерия генома открывает новые горизонты для винных дрожжей. Крит. Rev. Biotechnol. 37, 112–136. DOI: 10.1080 / 07388551.2016.1214945

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ralls, K., Ballou, J. D., Dudash, M. R., Eldridge, M. D. B., Fenster, C. B., Lacy, R. C., et al. (2018). Призывают к смене парадигмы в генетическом управлении фрагментированными популяциями. Консерв. Lett. 11: e12412. DOI: 10.1111 / conl.12412

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Разгур, О., Forester, B., Taggart, J. B., Bekaert, M., Juste, J., Ibáñez, C., et al. (2019). Учет адаптивной генетической изменчивости при оценке уязвимости к изменению климата снижает прогнозы потери ареала видов. Proc. Natl. Акад. Sci. США 116, 10418–10423. DOI: 10.1073 / pnas.1820663116

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейнольдс, Л. К., Макглэтери, К. Дж., И Уэйкотт, М. (2012). Генетическое разнообразие увеличивает успех восстановления за счет увеличения экосистемных услуг. PLoS ONE 7: e38397. DOI: 10.1371 / journal.pone.0038397

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ринкевич Б. (2014). Восстановление коралловых рифов: приводит ли активное восстановление рифов к созданию устойчивых рифов? Curr. Opin. Environ. Поддерживать. 7, 28–36. DOI: 10.1016 / j.cosust.2013.11.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ринкевич Б. (2019). Коралловый химеризм как эволюционный механизм спасения для смягчения последствий глобального изменения климата. Global Change Biol. 25, 1198–1206. DOI: 10.1111 / gcb.14576

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Робинсон, Н., Винберг, П., Киркендейл, Л. (2013). Генетическое улучшение макроводорослей: состояние на сегодняшний день и потребности на будущее. J. Appl. Phycol. 25, 703–716. DOI: 10.1007 / s10811-012-9950-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Россетто М., Брэгг Дж., Килиан А., Макферсон Х., Ван Дер Мерве М. и Уилсон П. Д. (2019).Restore and Renew: основа эпохи геномики для определения происхождения видов. Рестор. Ecol. 27, 538–548. DOI: 10.1111 / rec.12898

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сандерсон, Дж. К., Линг, С. Д., Домингес, Дж. Г. и Джонсон, К. Р. (2015). Ограниченная эффективность водолазов в предотвращении образования «пустошей» за счет выбраковки морских ежей во время ловли морского морского ушка. Мар. Freshw. Res. 67, 84–95.

Google Scholar

Сандлер Р.Л. (2013). «Экологическая добродетель ehtics», в Международная этическая энциклопедия , изд. Х. Лафоллет (Оксфорд: Блэквелл Паблишинг).

Google Scholar

Шретер, С. К., Рид, Д. К., и Раймонди, П. (2018). Искусственные рифы для смягчения антропогенного воздействия на морскую среду: Северный риф Уиллера в качестве тестового примера. Am. Рыба. Soc. Symp. 86, 197–213.

Google Scholar

Сеган Д., Мюррей К. и Уотсон Дж. (2016). Глобальная оценка нынешней и будущей уязвимости биоразнообразия к взаимодействиям между потерей среды обитания и изменением климата. Glob. Ecol. Консерв. 5, 12–21. DOI: 10.1016 / j.gecco.2015.11.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sera. (2017). Национальные стандарты практики экологического восстановления в Австралии , Second Edn. Новый Южный Уэльс: Общество экологического восстановления Австралии.

Google Scholar

Секстон, Дж. П., Штраус, С. Ю., Райс, К. Дж. (2011). Поток генов увеличивает приспособленность к теплой границе ареала вида. Proc.Natl. Акад. Sci. США 108, 11704–11709. DOI: 10.1073 / pnas.1100404108

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сгро, К. М., Лоу, А. Дж., И Хоффманн, А. А. (2011). Повышение эволюционной устойчивости для сохранения биоразнообразия в условиях изменения климата. Evol. Прил. 4, 326–337. DOI: 10.1111 / j.1752-4571.2010.00157.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши, П. М., Ву, К., Мансури, Н., Аяд, Л., Луи, К. Б., Боуэн, Б. П. и др.(2016). Надежный метод накопления генов с использованием сборки дрожжей для синтетической биологии растений. Нат. Commun. 7: 13215.

Google Scholar

Торда, Г., Донельсон, Дж. М., Аранда, М., Баршис, Д. Дж., Бэй, Л., Берумен, М. Л. и др. (2017). Быстрые адаптивные реакции кораллов на изменение климата. Нат. Клим. Изменить 7, 627–636. DOI: 10.1038 / nclimate3374

CrossRef Полный текст | Google Scholar

ван Оппен, М. Дж. Х., Гейтс, Р. Д., Блэколл, Л.Л., Кантин, Н., Чакраварти, Л. Дж., Чан, В. Ю. и др. (2017). Смена парадигм в восстановлении коралловых рифов мира. Glob. Сменить Биол. 23, 3437–3448.

Google Scholar

ван Оппен, М. Дж. Х., Оливер, Дж. К., Патнэм, Х. М., и Гейтс, Р. Д. (2015). Повышение устойчивости коралловых рифов к внешним воздействиям с помощью эволюции. Proc. Natl. Акад. Sci. США 112, 2307–2313. DOI: 10.1073 / pnas.1422301112

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вентер, О., Sanderson, E. W., Magrach, A., Allan, J. R., Beher, J., Jones, K. R., et al. (2016). Шестнадцать лет изменений в глобальном воздействии человека на сушу и их последствия для сохранения биоразнообразия. Нат. Commun. 7: 12558.

Google Scholar

Вердура, Дж., Сейлз, М., Баллестерос, Э., Чефали, М. Э. и Себриан, Э. (2018). Восстановление водоросли, формирующей полог, на основе увеличения пополнения: методы и оценка долгосрочного успеха. Фронт. Plant Sci. 9: 1832.DOI: 10.3389 / fpls.2018.01832

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Vergés, A., Doropoulos, C., Malcolm, H.A., Skye, M., Garcia-Pizá, M., Marzinelli, E.M, et al. (2016). Долгосрочные эмпирические данные о потеплении океана, приводящем к тропикализации сообществ рыб, увеличению травоядности и потере ламинарии. Proc. Natl. Акад. Sci. США 113, 13791–13796. DOI: 10.1073 / pnas.1610725113

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Верже, А., Steinberg, P. D., Hay, M. E., Poore, A. G. B., Campbell, A. H., Ballesteros, E., et al. (2014). Тропикализация морских экосистем умеренного пояса: обусловленные климатом изменения травоядных и фазовые сдвиги в сообществах. Proc. R. Soc. B-Biol. Sci. 281 ^∗ Google Scholar

Ван Х., Ла Русса М. и Ци Л. С. (2016). Crispr / Cas9 в редактировании генома и не только. Annu. Rev. Biochem. 85, 227–264.

Google Scholar

Вебстер, М.С., Колтон, М.А., Дарлинг, Э. С., Армстронг, Дж., Пинский, М. Л., Ноултон, Н. и др. (2017). Кто должен выбрать победителей в борьбе с изменением климата? Trends Ecol. Evol. 32, 167–173. DOI: 10.1016 / j.tree.2016.12.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уикс, А. Р., Сгро, К. М., Янг, А. Г., Фрэнкхэм, Р., Митчелл, Н. Дж., Миллер, К. А. и др. (2011). Оценка преимуществ и рисков транслокаций в изменяющейся среде: генетическая перспектива. Evol. Прил. 4, 709–725.DOI: 10.1111 / j.1752-4571.2011.00192.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wernberg, T., Bennett, S., Babcock, R.C., De Bettignies, T., Cure, K., Depczynski, M., et al. (2016). Изменение режима умеренной морской экосистемы в зависимости от климата. Наука 353, 169–172. DOI: 10.1126 / science.aad8745

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вернберг, Т., Коулман, М., Бэбкок, Р. Б., Си, Болтон, Дж., Коннелл, С. и др. (2019a). «Биология и экология глобально значимых водорослей Ecklonia radiata», в Океанография и морская биология: Ежегодный обзор , ред.Барнс, Р. Н. Гибсон и Р. Н. Гибсон (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press).

Google Scholar

Вернберг, Т., Крумхансл, К. А., Филби-Декстер, К., и Педерсен, М. (2019b). «Состояние и тенденции мировых лесов водорослей», в World Seas: An Environmental Evaluation , ed. К. Шеппард (Лондон: Эльзивье).

Google Scholar

Вернберг, Т., Коулман, М. А., Беннет, С., Томсен, М. С., Туя, Ф., и Келахер, Б. П. (2018). Генетическое разнообразие и уязвимость лесов ламинарии к климатическому стрессу. Sci. Rep. 8: 1851.

Google Scholar

Вернберг, Т., и Филби-Декстер, К. (2019). За деревьями не хватает морского леса. Mar. Ecol. Прог. Сер. 612, 209–215. DOI: 10.3354 / meps12867

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уильямс, С. Л. (2001). Уменьшение генетического разнообразия при пересадке угря влияет как на рост популяции, так и на индивидуальную приспособленность. Ecol. Прил. 11, 1472–1488. DOI: 10.1890 / 1051-0761 (2001) 011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уильямс, Т.К., Сюй, X., Островски, М., Преториус, И.С., и Паульсен, И.Т. (2017). Положительная обратная связь, ратиометрическая экспрессия биосенсора повышает эффективность высокопроизводительного скрининга продуцентов метаболитов в дрожжах. Synth. Биол. 2: ysw002.

Google Scholar

Вуд Г., Марзинелли Э. М., Коулман М. А., Кэмпбелл А. Х., Сантини Н. С., Кайлич Л. и др. (2019). Восстановление сублиторальных морских макрофитов в антропоцене: траектории и перспективы будущего. Мар. Freshw.Res. 70, 936–951.

Google Scholar

Zhang, B.-L., Yan, X.-H., и Huang, L.-B. (2011). Оценка улучшенного штамма Porphyra yezoensis Ueda (Bangiales, Rhodophyta) с устойчивостью к высоким температурам. J. Appl. Phycol. 23, 841–847. DOI: 10.1007 / s10811-010-9587-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Restooring Ecosystem Services Tool (REST): программа для выбора видов для проектов восстановления с использованием подхода функциональных признаков

U.S. Forest Service
Забота о земле и обслуживание людей

Министерство сельского хозяйства США

1. Restooring Ecosystem Services Tool (REST): программа для выбора видов для проектов восстановления с использованием функционально-ориентированного подхода

   Автор (ы): Дональд Райом; Николь ДиМанно; Ребекка Остертаг; Susan Cordell ; Брайсон Фанг; Энтони Виццоне; Паулин Панте; Рувим Тейт
   Дата: 2019
   Источник: Gen.Tech. Реп. PSW-GTR-262. Олбани, Калифорния: Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Тихоокеанская юго-западная исследовательская станция. 47 п.
   Серия публикаций: Общий технический отчет (GTR)
   Станция: Тихоокеанская Юго-Западная научно-исследовательская станция
   PDF: Скачать публикацию (2,0 МБ)
   
   Описание В этом отчете описывается компьютерная программа Restooring Ecosystem Services Tool (REST), которая была разработана для помощи пользователям в выборе видов растений для более эффективного управления ландшафтом.Многие среды обитания были изменены до такой степени, что восстановить их растительные сообщества до прежних условий уже невозможно. В этих случаях может оказаться полезным подход к восстановлению на основе функциональных признаков для восстановления некоторой степени экосистемных услуг, функциональности и структуры. Для проведения восстановления на основе функциональных признаков требуется информация о функциональных характеристиках видов, и решения принимаются путем выбора комбинации видов, профили которых соответствуют желаемым целям восстановления.Однако ценность и применимость восстановления на основе функциональных признаков была ограничена в плане его доступности для землеустроителей и заинтересованных сторон. Программа REST специально разработана, чтобы помочь пользователям выбрать набор видов растений, жизненные особенности которых связаны с достижением конкретной цели управления. В программу были включены данные о признаках из глобальных баз данных, которые предоставляют некоторые данные по многим видам. Пользователи определяют цели управления из меню доступных целей восстановления (устойчивость к засухе, огнестойкость, сукцессионное облегчение или хранение углерода), чтобы отфильтровать связанные функциональные характеристики.После того, как пользователь выбрал подходящие функциональные признаки для анализа, для анализа потребуется выбранный пользователем пул потенциальных видов. Кроме того, пользователи могут загрузить свои собственные данные о признаках и видах в виде файла .csv. Затем REST применяет статистический метод анализа основных компонентов для визуализации положения видов в «пространстве признаков». Программа обеспечивает письменный и визуальный анализ, в котором сравнивается влияние каждой из функциональных характеристик. Пользователь может запустить REST с различными комбинациями видов, а затем применить эту информацию для принятия решений о том, какие виды лучше всего соответствуют целям восстановления.Новые данные и версии программы можно найти по адресу https://hilo.hawaii.edu/faculty/ostertag/. Пожалуйста, свяжитесь с доктором Ребеккой Остертаг по адресу [email protected] с вопросами или проблемами по программе.
   Примечания к публикации
   • Вы можете отправить электронное письмо по адресу [email protected], чтобы запросить печатную копию этой публикации.
   • (Пожалуйста, укажите именно , какую публикацию вы запрашиваете, и свой почтовый адрес.)
   • Мы рекомендуем вам также распечатать эту страницу и прикрепить ее к распечатке статьи, чтобы сохранить полную информацию о цитировании.
   • Эта статья была написана и подготовлена ​​государственными служащими США в официальное время и поэтому находится в открытом доступе.
   Citation Rayome, Donald; ДиМанно, Николь; Остертаг, Ребекка; Корделл, Сьюзен; Фунг, Брайсон; Виццоне, Энтони; Панте, Паулин; Тейт, Рувим. 2019. Restoring Ecosystem Services Tool (REST): программа для выбора видов для проектов восстановления с использованием функционально-ориентированного подхода.

   Добавить комментарий Отменить ответ

   Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

   Комментарий *

   Имя *

   Email *

   Сайт