Nowe badanie poczyniło znaczące postępy w dziedzinie biologii ewolucyjnej, ujawniając dowód adaptacji klimatycznej na poziomie genomicznym w obrębie zagrożonego gatunku – południowo-zachodniej muchołówki wierzbowej. Przełomowe badania, prowadzone przez habilitowaną badaczkę Sheelę Turbek z Colorado State University, są wyjątkową demonstracją dzikiego gatunku przystosowującego się do warunków środowiskowych.

Gatunki na całym świecie reagują na zmieniające się klimaty poprzez zmiany geograficzne lub zmiany genetyczne. Podczas gdy eksperci mogą obserwować i dokumentować przypadki, w których gatunki zmieniają lokalizację, adaptacje genetyczne nie są tak łatwe do prześledzenia.

Jak przeprowadzono badanie

Aby to zbadać, Turbek i jej zespół skupili się na muchołówce wierzbowej, zagrożonym ptaku wędrownym pochodzącym z południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych. Badania obejmowały ponad sto lat, porównując genomy współczesnych okazów z ich historycznymi odpowiednikami, niektóre datowane na koniec XIX wieku.

„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. Kiedy zidentyfikowaliśmy regiony 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”.

Czego dowiedzieli się naukowcy

Odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Przyroda Zmiana klimatu, pokazują zauważalny wzrost zmienności genetycznej populacji muchołówki wierzbowej w San Diego w Kalifornii w ciągu ostatniego stulecia. Turbek wysunął teorię, że zmiany klimatyczne w regionie, przede wszystkim wzrost wilgotności i opadów, doprowadziły do ​​tych adaptacji genomowych w lokalnej populacji muchołówek wierzbowych.

Badanie Turbeka opiera się na fundamentalnych badaniach przeprowadzonych przez Kristen Ruegg i jej zespół z CSU, którzy badali podobne adaptacje genetyczne przez mniej więcej dekadę. Jednak dopiero ostatnie postępy technologiczne w sekwencjonowaniu genomu w 2010 roku sprawiły, że projekt tej wielkości stał się wykonalny.

Wstępne badania Ruegga sugerowały, że muchołówka wierzbowa, obejmująca cztery różne podgatunki, lokalnie przystosowała się do różnych warunków klimatycznych w różnych regionach geograficznych.

Turbek podkreślił znaczenie tego, stwierdzając: „Mucharownica wierzbowa składa się z czterech różnych podgatunków, a podgatunek na południowym zachodzie doświadczył naprawdę gwałtownego spadku populacji i został wpisany na listę federalnych gatunków zagrożonych w 1995 roku”. Zwróciła uwagę na pilną potrzebę zrozumienia tych mechanizmów adaptacyjnych, szczególnie w obliczu potencjalnego wymierania spowodowanego klimatem.

Jednak próbki historyczne często zawierają zdegradowane lub zanieczyszczone DNA, co utrudnia ustalenie adaptacji genetycznej z wysokim stopniem pewności. Wyzwanie to było spotęgowane przez niewielką ilość DNA dostępnego z próbek muzealnych, często maleńkich wycinków z opuszki palca.

„Muzea przesyłają 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.

Potwierdzono adaptacje genetyczne

Niemniej jednak, po kilku latach skrupulatnego sekwencjonowania genomu i analizy porównawczej między historycznymi i współczesnymi próbkami DNA, zespołowi w końcu się udało. Ujawnili przekonujące dowody na to, że muchołówka wierzbowa z południowego zachodu rzeczywiście zwiększyła swoją zmienność genetyczną 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.

„Wywołana przez człowieka zmiana klimatu ma naprawdę drastyczny wpływ na reprodukcję 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 nastąpiły. Może nam pomóc lepiej przewidzieć, co wydarzy się w przyszłości i jak gatunki mogą zareagować”.

Więcej o muchołówce wierzbowej

Muchołówka wierzbowa południowo-zachodnia jest klasyfikowana jako gatunek zagrożony, głównie z powodu utraty i fragmentacji siedlisk. Ten mały ptak, którego rozmnażanie opiera się w dużej mierze na ekosystemach nadbrzeżnych (w pobliżu rzek lub strumieni), wiele jego siedlisk zostało zniszczonych lub zmienionych w wyniku różnych działań człowieka.

Niektóre z kluczowych czynników prowadzących do utraty siedlisk obejmują:

Rozwój miast i rolnictwo

Rozwój miast, dróg i pól uprawnych często wkracza w ekosystemy nadbrzeżne, w których żyją muchołówki.

Gospodarka wodna

Tamy, przekierowania wody do nawadniania i inne zmiany systemów rzecznych mogą prowadzić do utraty roślinności, której muchołówki potrzebują do gniazdowania.

Gatunki inwazyjne

Rośliny obce, takie jak tamaryszek (cedr solny), mogą zmienić strukturę roślinności na obszarach nadbrzeżnych, czyniąc je nieodpowiednimi do gniazdowania muchołówek.

Zmiana klimatu

Zmiany wzorców pogodowych mogą jeszcze bardziej pogorszyć siedlisko muchołówki i doprowadzić do zmniejszenia dostępności pożywienia.

Drapieżnictwo i pasożytnictwo potomstwa

Drapieżniki gniazdowe, takie jak węże i większe ptaki, a także pasożyty lęgowe, takie jak krowa brunatna (która składa jaja w gniazdach innych ptaków, co prowadzi do tego, że inne ptaki wychowują potomstwo krowiego ptaka), mogą również zagrażać populacjom muchołówki wierzbowej .

Wyzwania te doprowadziły do ​​znacznego spadku populacji, co doprowadziło do tego, że muchołówka wierzbowa południowo-zachodnia została wpisana na listę gatunków zagrożonych w 1995 roku.

—-

Sprawdź nas w EarthSnap, bezpłatnej aplikacji stworzonej przez Erica Rallsa i Earth.com.