Wraz ze zmianami klimatycznymi organizmy żywe muszą przystosować się do nowych warunków środowiskowych na jeden z dwóch sposobów — geograficznie lub genetycznie. Podczas gdy naukowcom stosunkowo łatwo jest śledzić i rejestrować ruchy geograficzne gatunków, udowodnienie ich genetycznej adaptacji w czasie może być znacznie trudniejsze.

Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Colorado State University w Przyroda Zmiana klimatu jest jednym z pierwszych, który udokumentował adaptację klimatu na poziomie genomu w dzikiej populacji. W szczególności południowo-zachodnia muchołówka wierzbowa – zagrożony ptak wędrowny – wykazała wzrost zmienności genetycznej związanej z tolerancją na bardziej wilgotne i wilgotne warunki środowiskowe.

Sheela Turbek, doktor habilitowany na Wydziale Biologii CSU, prowadziła badania, w ramach których zsekwencjonowano genomy muchołówki wierzbowej na przestrzeni ponad 100 lat, porównując DNA z okazów muzealnych z końca XIX wieku z współczesnymi próbkami pobranymi dzisiaj.

Wyniki badań sugerują, że wzrost zmienności genetycznej w populacji muchołówek wierzbowych z San Diego w Kalifornii pozwala im lepiej przystosować się do zmieniających się klimatów i że te zmiany genetyczne rozpoczęły się już pod koniec XIX wieku.

Adaptacja klimatu na poziomie genetycznym

Turbek postawił hipotezę, że zmieniający się klimat w San Diego w Kalifornii, gdzie warunki pogodowe stały się z czasem bardziej wilgotne i wilgotne, doprowadzi do zmian genetycznych w dzikich populacjach.

„Użyliśmy ponad 200 współczesnych próbek muchołówki wierzbowej, aby przeskanować materiał genetyczny w poszukiwaniu określonych regionów genomu związanych z ważnymi zmiennymi środowiskowymi” – powiedział Turbek.

„Obejmuje to takie rzeczy, jak miesięczne opady i miesięczna maksymalna temperatura. Po zidentyfikowaniu regionów DNA, które naszym zdaniem są zaangażowane w adaptację do klimatu, wyodrębniliśmy informacje genetyczne z tych regionów zarówno w naszych historycznych, jak i współczesnych próbkach z San Diego”.

Jej praca ujawniła, że ​​nastąpił wzrost zmienności genetycznej muchołówek wierzbowych od przeszłości do chwili obecnej oraz że regiony genetyczne związane z wilgotnością i opadami u muchołówek przesunęły się w kierunku zgodnym z adaptacją klimatyczną.

Udowodnienie adaptacji genetycznej w czasie

Turbek, który jest częścią laboratorium Kristen Ruegg w CSU, podjął te badania po tym, jak Ruegg i współpracownicy pracowali nad podobnym projektem przez około 10 lat. Technologia potrzebna do sekwencjonowania całych genomów znacznie się rozwinęła w ciągu 2010 roku, dzięki czemu ta praca jest możliwa dzisiaj.

Turbek skupił się na południowo-zachodniej muchołówce wierzbowej ze względu na jej zagrożony status. Podstawa wstępnych badań Ruegga wykazała, że ​​ptaki lokalnie przystosowały się do różnych warunków klimatycznych w przestrzeni kosmicznej.

„Muchołówka wierzbowa składa się z czterech różnych podgatunków, a podgatunek na południowym zachodzie stanął w obliczu naprawdę gwałtownego spadku populacji i został wpisany na listę federalnych gatunków zagrożonych w 1995 roku” – powiedział Turbek. „Tak więc agencje rządowe są bardzo zainteresowane skutecznym zarządzaniem tym podgatunkiem i ratowaniem go przed wyginięciem spowodowanym klimatem, co, jak wykazała Kristen, może potencjalnie ucierpieć w przyszłości”.

Udowodnienie adaptacji genetycznej w czasie jest znacznie bardziej skomplikowane.

Próbki sprzed dziesięcioleci często zawierają DNA zdegradowane, skażone lub o niskiej wydajności, dlatego do tej pory trudno było udowodnić adaptację genetyczną z odpowiednim stopniem pewności.

„Muzea wysyłają nam mały wycinek z opuszki palca, który często ma naprawdę niskie stężenie DNA, więc trudno jest uzyskać wystarczającą liczbę odczytów DNA, aby mieć dobre pojęcie o tym, jak wygląda kod genetyczny” – powiedział Turbek.

Po wieloletnich wysiłkach związanych z sekwencjonowaniem historycznego genomu i porównaniem historycznych wyników z nowoczesnymi próbkami, naukowcy ustalili, że muchołówka wierzbowa odnotowała wzrost zmienności genetycznej w czasie.

„Uważamy, że to właśnie mieszanie się lub przepływ genów do populacji z sąsiednich populacji pomogło odzyskać pulę genów muchołówek wierzbowych w rejonie San Diego” – powiedział Ruegg.

Walidacja przewidywań skutków zmiany klimatu

Turbek i Ruegg są podekscytowani, że mogą zweryfikować przewidywania naukowców dotyczące tego, jak niektóre gatunki przystosują się do zmian klimatycznych.

„Wywołana przez człowieka zmiana klimatu ma naprawdę drastyczny wpływ na aktywność reprodukcyjną wielu gatunków i doprowadzi wiele organizmów na skraj wyginięcia” – powiedział Turbek.

„Tak więc fakt, że możemy udokumentować tę skalę adaptacji w skali stulecia, jest nieco zachęcający, ponieważ ptaki te wydają się reagować na skalę zmian klimatycznych, które już zaszły. Może to pomóc nam lepiej przewidzieć, co się dzieje wydarzyć się w przyszłości i jak gatunki mogą na to zareagować”.