The Italian Job Part 2: Mystery Solved!

In Spring 2022, an apparent vagrant Italian Sparrow turned up in a garden at Garderen. Although our feathered friend looked like an Italian Sparrow, some of us wondered if the identity of this little bird might indeed be a bit more complicated.

The Italian Sparrow has an unusual origin story; the species is the result of past hybridization between the House and Spanish Sparrow, with a DNA makeup that is a mixture of the two parental species. Moreover, recent research has revealed ancient and ongoing gene flow between House and Spanish Sparrows, such that all House Sparrow populations in Europe carry some amount of Spanish Sparrow genes (Ravinet et al. 2018). Given this, we wondered if our little friend was indeed a stray Italian Sparrow or actually a House Sparrow that managed to hit the genetic lottery and thus have the right combination of genes to make him look like an Italian Sparrow while actually being a House Sparrow (an ‘emergent Italian phenotype’). Alternatively, we wondered if he might be a first-generation hybrid between a House and a Spanish Sparrow.

To solve the mystery, we turned to the bird’s DNA. With all the necessary permissions in place, we trapped and ringed the bird and collected a small blood sample for genomic analysis, before releasing him straight back into his garden. After extracting DNA from the blood sample, we used modern genetic techniques to analyse the entire genome of this individual. Once we had our mystery bird’s genome, we were able to compare its DNA to the genomes of other sparrows, including those of (1) 2 House Sparrows caught in the same garden in Garderen (The Netherlands), (2) a population of House Sparrows from Utrecht (The Netherlands), (3) a population of House Sparrows from Sales (France), (4) a population of Italian Sparrows from Guglionesi (Italy), (5) a population of Spanish Sparrows from Lesina (Italy), and (5) a population of Spanish Sparrows from Chokpak (Kazakhstan).

Our genomic analysis revealed the true identity of our feathered friend. It turns out, our mystery bird is most definitely a House Sparrow. He has a ‘standard’ House Sparrow genome, similar to all other House Sparrows we analysed, and these genomes are distinct from the genomes of both the Italian and Spanish Sparrow (Figure 1). So maybe a ‘weird’ House Sparrow, but definitely a House Sparrow.

We know this news may be disappointing to some, but we think it is super exciting. It also might not be the first time that a putative vagrant Italian Sparrow turns out not to be an Italian Sparrow (see https://britishbirds.co.uk/node/22820). Perhaps it is more common than we realise. During our work on European sparrows, we have also observed Italian Sparrows (with Italian Sparrow genomes) looking a lot like House Sparrows. Indeed, the Italian Sparrow itself shows considerable variation in genome composition across different island populations (Runemark et al. 2018); suggesting that there is more than one way to look like an Italian Sparrow.

We will continue our deep dive into the genomics of this individual (and will publish a more in-depth analysis and explanation of our findings in the scientific literature in the near future), and we hope we can shed more light on how this House Sparrow came to look so much like his Italian counterparts. We have hypothesized that he has hit some kind of genetic jackpot (carrying the Spanish Sparrow genes for some plumage traits, such as the chestnut crown). We now hope we might be able to find additional examples of these ‘weird’ sparrows to be able to explore this hypothesis further.

Figure 1. Solving the identity of the mystery bird using genome sequencing.

Each point on this plot represents one single individual. The closer one point is to another, the more genetically similar these two points are. Thus, individuals belonging to a given species will cluster together, while individuals belonging to a different species will form another cluster on a different portion of the plot. Accordingly, we see three clusters on our plot (marked by the ellipses): one on the left for the House Sparrow (blue points); one in the middle for the Italian Sparrow (yellow points); and one on the right for the Spanish Sparrow (red points). Since our Target Individual (grey point) is located right in the middle of the House Sparrow cluster, we can say with confidence that this individual is a House Sparrow with no apparent signs of recent admixture with any of the other two species. For instance, if our Target Individual were a recent hybrid between a House and an Italian, we would expect it to be located mid-way between the House and the Italian clusters. In addition, different shapes represent different populations of each species (see reference key above the plot).

Melissah Rowe, Ruth Fawthrop, & Peter de Vries (Netherlands Institute of Ecology, NIOO-KNAW)
Mark Ravinet (University of Nottingham, UK)
George Pacheco (University of Oslo, Norway)

Please report any ‘Italian’ or ‘weird House Sparrow’ sightings in the Netherlands to Melissah Rowe at the Netherlands Institute of Ecology (NIOO-KNAW): m.rowe@nioo.knaw.nl

[DUTCH VERSION]

De Italiaanse Job Deel 2: Mysterie Opgelost!

In het voorjaar van 2022 dook er een vreemde mus op in een tuin in Garderen. Hoewel onze gevederde vriend eruitzag als een Italiaanse Mus, vroegen sommigen van ons zich af of de identiteit wel helemaal klopte.

De Italiaanse Mus heeft een ongebruikelijke oorsprong; de soort is het resultaat van eerdere hybridisatie tussen de Huismus en de Spaanse Mus, met een DNA-samenstelling die een mengeling is van de twee ouderlijke soorten. Bovendien heeft recent onderzoek onthuld dat er in het verleden en heden genetische uitwisseling plaatsvindt tussen Huismussen en Spaanse Mussen, waardoor alle populaties Huismussen in Europa een bepaalde hoeveelheid Spaanse Mus-genen dragen (Ravinet et al. 2018). Gezien dit feit vroegen we ons af of onze kleine vriend echt een zwervende Italiaanse Mus was of dat deze vogel toch een Huismus was die het genetische lot had getroffen en met de juiste combinatie van genen eruitzag als een Italiaanse Mus (een 'opkomend Italiaans fenotype'). Maar het zou ook nog een hybride van de eerste generatie tussen een Huismus en een Spaanse Mus kunnen zijn.

Om het mysterie op te lossen, richtten we ons op het DNA van de vogel. Met alle benodigde vergunningen op zak, hebben we de vogel gevangen, gemeten, gewogen en geringd en daarnaast een klein bloedmonster voor genomische analyse verzameld. Direct na de vangst is de vogel weer losgelaten. Na het extraheren van DNA uit het bloedmonster, hebben we moderne genetische technieken gebruikt om het volledige genoom van dit individu te analyseren. Zodra we het genoom van onze mysterievogel hadden, konden we zijn DNA vergelijken met de genomen van andere mussen, waaronder (1) twee Huismussen die in dezelfde tuin in Garderen (Nederland) waren gevangen, (2) een populatie Huismussen uit Utrecht (Nederland), (3) een populatie Huismussen uit Sales (Frankrijk), (4) een populatie Italiaanse Mussen uit Guglionesi (Italië), (5) een populatie Spaanse Mussen uit Lesina (Italië) en (6) een populatie Spaanse Mussen uit Chokpak (Kazachstan).

Onze genomische analyse onthulde de ware identiteit van onze gevederde vriend. Het blijkt dat onze mysterievogel een Huismus is. Hij heeft een 'standaard' Huismus-genoom, vergelijkbaar met alle andere Huismussen die we hebben geanalyseerd, en deze genomen verschillen van zowel de genomen van de Italiaanse als de Spaanse Mus (Figuur 1). Dus misschien een 'vreemde' Huismus, maar 100% zeker een echte Huismus.

We begrijpen dat dit nieuws voor sommigen teleurstellend kan zijn, maar wij vinden het super spannend. Het is goed mogelijk dat dit niet de eerste keer is dat een vermeende zwervende Italiaanse Mus geen Italiaanse Mus blijkt te zijn (zie https://britishbirds.co.uk/node/22820. Misschien komt dit vaker voor dan wij beseffen. Tijdens ons werk aan Europese mussen hebben we ook Italiaanse Mussen (met Italiaanse Mus-genomen) gezien die veel op Huismussen lijken. Sterker nog, de Italiaanse Mus zelf vertoont aanzienlijke variatie in genoomsamenstelling tussen verschillende eilandpopulaties (Runemark et al. 2018), wat suggereert dat er meer dan één manier is om eruit te zien als een Italiaanse Mus.

We zullen ons dieper in de genomics van dit individu verdiepen (en binnenkort een meer gedetailleerde analyse en verklaring van onze bevindingen publiceren in de wetenschappelijke literatuur) en hopen meer inzicht te kunnen geven hoe deze Huismus zoveel op zijn Italiaanse tegenhangers is gaan lijken. Een mogelijke theorie is dat hij een soort genetische jackpot heeft gewonnen (waarbij hij de Spaanse Mus-genen draagt voor enkele verenkleedkenmerken, zoals de kastanjekleurige kruin). We hopen nu dat we meer voorbeelden kunnen vinden van deze 'vreemde' mussen om deze hypothese verder te onderzoeken.

Figuur 1. Het oplossen van de identiteit van de mysterieuze vogel met behulp van genoomsequencing.

Elk punt op deze grafiek vertegenwoordigt één enkel individu. Hoe dichter een punt bij een ander punt ligt, hoe genetisch meer gelijk deze twee punten zijn. Individuen die tot dezelfde soort behoren, zullen dus bij elkaar clusteren, terwijl individuen die tot een andere soort behoren een ander cluster vormen op een ander deel van de grafiek. We zien daarom op de grafiek drie clusters (aangegeven door de ellipsen): één aan de linkerkant voor de Huismus (blauwe punten); één in het midden voor de Italiaanse Mus (gele punten); en één aan de linkerkant voor de Spaanse Mus (rode punten). Aangezien de mus uit Garderen (grijs punt) precies in het midden van het Huismus-cluster ligt, kunnen we met 100% zekerheid zeggen dat dit individu een Huismus is, zonder duidelijke tekenen van recente vermenging met een van de andere twee soorten. Als de Garderense mus bijvoorbeeld een recente hybride tussen Huismus en Italiaanse Mus zou zijn, dan zou het grijze punt zich halverwege tussen de Huismus- en Italiaanse clusters zitten. Bovendien vertegenwoordigen verschillende vormen verschillende populaties van elke soort (zie legenda boven de grafiek).

See the following resources for more information/ Zie de volgende bronnen voor meer informatie:

Ravinet M, Elgvin TO, TrierC, Aliabadian M, Gavrilov A, Sætre G-P. 2018. Signatures of human-commensalism in the house sparrow genome. Proceedings of the Royal Society B. 285:20181246. https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rspb.2018.1246

Runemark, A., Trier, C.N., Eroukhmanoff, F. et al. 2018. Variation and constraints in hybrid genome formation. Nature Ecology and Evolution. 2: 549–556. https://doi.org/10.1038/s41559-017-0437-7

Päckert, M, Ait Belkacem, A, Wolfgramm, H, et al. 2019. Genetic admixture despite ecological segregation in a North African sparrow hybrid zone (Aves, Passeriformes, Passer domesticus × Passer hispaniolensis). Ecology and Evolution. 9:12710– 12726.

Huismus Passer domesticus, Garderen, 1 juni 2022 (Toy Janssen)