Zmiany klimatu zmuszają życie na ziemi do przystosowania się lub do wyginięcia. Te adaptacje na ogół zachodzą na dwa sposoby. Jednym z nich jest przeniesienie się do różnych obszarów geograficznych, drugim ewolucja genetyczna.

Podczas gdy geograficzne przesunięcia gatunków można łatwo zaobserwować i zarejestrować, udowodnienie ewolucji genetycznej w czasie jest znacznie trudniejsze.

Przełomowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Colorado State University (CSU) przedstawia teraz jedną z pierwszych dokumentacji adaptacji klimatu na poziomie genetycznym. Obiektem ich badań była południowo-zachodnia muchołówka wierzbowa. Jest to ptak wędrowny zagrożony wyginięciem.

Naukowcy odkryli wzrost zmienności genetycznej w obrębie tego gatunku. Uważa się, że jest to związane ze zwiększoną tolerancją ptaka na bardziej wilgotne i wilgotne warunki.

Jak przeprowadzono badanie Southwestern Willow Flycatcher

Przewodniczącą tego pionierskiego badania była Sheela Turbek, doktor habilitowany na Wydziale Biologii CSU. Ona i jej zespół przeprowadzili szeroko zakrojone badania genomu muchołówki wierzbowej na przestrzeni ponad wieku. Porównali DNA z okazów zachowanych od końca XIX wieku z próbkami uzyskanymi dzisiaj.

Naukowcy odkryli znaczny wzrost zmienności genetycznej w populacji muchołówki wierzbowej w San Diego w Kalifornii. Wywnioskowali, że te zmiany genetyczne umożliwiły ptakom lepsze przystosowanie się do zmieniającego się klimatu. Co ciekawe, wydaje się, że zmiana ta zaczęła się już w XIX wieku.

Adaptacja do zmian klimatu na poziomie genetycznym

Turbek początkowo postawił hipotezę, że zmieniający się klimat w San Diego – charakteryzujący się coraz bardziej wilgotną i wilgotną pogodą – wywoła zmiany genetyczne w populacjach dzikich zwierząt.

„Użyliśmy ponad 200 współczesnych próbek muchołówki wierzbowej, aby przeskanować materiał genetyczny w poszukiwaniu określonych regionów genomu związanych z ważnymi zmiennymi środowiskowymi” – wyjaśnił Turbek. „Obejmuje to takie rzeczy, jak miesięczne opady i miesięczna maksymalna temperatura”.

Po zidentyfikowaniu regionów DNA potencjalnie zaangażowanych w adaptację do klimatu, zespół wyodrębnił dane genetyczne z tych regionów zarówno w historycznych, jak i współczesnych próbkach z San Diego.

Odkrycia dotyczące południowo-zachodniej muchołówki wierzbowej

Wyniki były przełomowe. Na przestrzeni lat nastąpił wzrost zmienności genetycznej muchołówek wierzbowych. Regiony genetyczne związane z wilgotnością i opadami atmosferycznymi u ptaków ewoluowały w sposób zgodny z adaptacją do klimatu.

Badania te były możliwe dzięki postępowi w technologii sekwencjonowania genomu w ciągu ostatniej dekady. Skupienie się Turbeka na południowo-zachodniej muchołówce wierzbowej było spowodowane statusem ptaka zagrożonego wyginięciem i istniejącymi wstępnymi badaniami przeprowadzonymi przez Kristen Ruegg. Sugeruje to, że ptaki przystosowały się do różnych warunków klimatycznych w swoich siedliskach.

Muchołówka wierzbowa składa się z czterech różnych podgatunków. Jeden z podgatunków odnotował drastyczny spadek populacji i został wpisany na listę federalnych gatunków zagrożonych w 1995 roku.

„Tak więc agencje rządowe są bardzo zainteresowane skutecznym zarządzaniem tym podgatunkiem i ratowaniem go przed wyginięciem spowodowanym klimatem” – zauważył Turbek.

Udowodnienie adaptacji genetycznej w czasie jest dość trudne. Próbki sprzed dziesięcioleci często zawierają DNA zdegradowane, zanieczyszczone lub o niskiej wydajności. Dlatego trudno było przedstawić dowody na istnienie adaptacji genetycznej z wystarczającym stopniem pewności.

Zespół badawczy potwierdza adaptację do zmian klimatu

Ale po latach skrupulatnej pracy nad sekwencjonowaniem historycznego genomu i porównywaniem wyników z nowoczesnymi próbkami, zespół potwierdził ewolucję genetyczną muchołówki wierzbowej.

„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.

Wyniki tego badania potwierdzają przewidywania dotyczące tego, jak niektóre gatunki przystosują się do zmian klimatu. Jak ostrzegł Turbek: „Wywołana przez człowieka zmiana klimatu ma naprawdę drastyczny wpływ na reprodukcję wielu gatunków i doprowadzi wiele organizmów na skraj wyginięcia”.

Jednak te badania dają promyk nadziei. „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 miały miejsce”.

Ta przełomowa praca była możliwa dzięki wspólnemu wysiłkowi. Wraz z Turbekiem i Rueggiem, kilku innych kluczowych współpracowników przyczyniło się do tych badań. Należą do nich Christen Bossu, Christine Rayne, Christian Gruppi, Barbara Kus, Mary Whitfield, Thomas Smith, Eben Paxton, Rachael Bay i Kristen Ruegg.

Walidacja przewidywań skutków adaptacji do zmian klimatu

Badania dostarczają cennych informacji na temat tego, w jaki sposób adaptacja genetyczna może umożliwić niektórym gatunkom przetrwanie rosnących wyzwań związanych ze zmianą klimatu. Jednak podkreśla również znaczenie ochrony zagrożonych gatunków, takich jak południowo-zachodnia muchołówka wierzbowa.

Według Turbeka odkrycia mogą pomóc nam „lepiej przewidzieć, co wydarzy się w przyszłości i jak gatunki mogą zareagować”.

Rzeczywiście, zrozumienie, w jaki sposób zmiany genetyczne mogą przyczynić się do przetrwania gatunków, ma kluczowe znaczenie dla zachowania różnorodności biologicznej w ocieplającym się świecie. Pozwala naukowcom budować dokładniejsze modele predykcyjne, które mogą stanowić podstawę strategii ochrony wrażliwych gatunków.

Podsumowując, badania Turbek i jej zespołu stanowią znaczący krok naprzód w naszym rozumieniu adaptacji do klimatu na poziomie genetycznym. Innowacyjne podejście zespołu do badania południowo-zachodniej muchołówki wierzbowej oferuje plan dla podobnych badań na innych gatunkach.

Ponieważ trwające zmiany klimatyczne stanowią zagrożenie dla niezliczonych gatunków na całym świecie, tego rodzaju badania są ważniejsze niż kiedykolwiek. Mamy nadzieję, że lekcje, których nauczyliśmy się od tych małych ptaków, pomogą nam chronić różnorodność biologiczną naszej planety dla przyszłych pokoleń.

Więcej o muchołówce wierzbowej południowo-zachodniej

Południowo-zachodnia muchołówka wierzbowa (Empidonax traillii extimus) to mały ptak należący do rodziny muchołówkowatych, która jest jedną z największych ptasich rodzin na świecie. Ten konkretny podgatunek muchołówki wierzbowej pochodzi z południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych i części Meksyku.

Oto kilka kluczowych punktów dotyczących południowo-zachodniej muchołówki wierzbowej:

Opis fizyczny

Ptak ten jest stosunkowo niewielki, mierzy około 13-16 cm długości, przy rozpiętości skrzydeł 18-22 cm. Jest przeważnie szaro-zielony z bladym gardłem i klatką piersiową, ma charakterystyczne dwa białe paski na skrzydłach i pierścień oka, który może pomóc w identyfikacji.

Siedlisko

Muchołówka wierzbowa południowo-zachodnia zwykle gniazduje w gęstych siedliskach nadbrzeżnych (w pobliżu rzek lub strumieni) z wierzbami, topolami lub innymi rodzajami roślinności. Siedliska te znajdują się zwykle na wysokości od 500 do 2500 metrów.

Dieta

Muchołówka wierzbowa południowo-zachodnia żywi się owadami, które zwykle łapie w powietrzu lub zbiera roślinność.

Rozmnażanie i gniazdowanie

Okres lęgowy przypada zwykle na okres od maja do lipca. Ptak buduje swoje gniazdo w gęstej roślinności nadbrzeżnej, często w pobliżu zbiorników wodnych. Samica składa zazwyczaj 3-4 jaja, które wysiaduje przez około 12-15 dni.

Zachowanie migracyjne

Muchołówka wierzbowa południowo-zachodnia to ptak wędrowny na duże odległości. Zwykle spędza zimę w Ameryce Środkowej i Południowej, po czym latem wraca do Stanów Zjednoczonych i Meksyku, aby rozmnażać się.

Stan ochrony

Muchołówka wierzbowa południowo-zachodnia jest obecnie klasyfikowana jako gatunek zagrożony. Wynika to z kombinacji czynników, w tym utraty siedlisk, degradacji i fragmentacji, spowodowanych rozwojem, budową zapór, przekierowaniem wody i innymi działaniami człowieka. Zagrożeniami są również drapieżnictwo i pasożytnictwo lęgowe (gdzie inne ptaki składają jaja w gnieździe muchołówki).

Działania ochronne

Trwa kilka działań ochronnych w celu ochrony i zachowania południowo-zachodniej muchołówki wierzbowej i jej siedlisk. Obejmują one ochronę i odbudowę siedlisk, monitorowanie populacji oraz wysiłki badawcze mające na celu lepsze zrozumienie ekologii i zagrożeń związanych z ptakami.