Zmiany genetyczne ciernika (Gasterosteus aculeatus) spowodowane zmianami sezonowymi mogą pomóc naukowcom przewidzieć, w jaki sposób określone gatunki przystosują się do nowego środowiska.
Zmiany klimatyczne zaostrzają problemy, takie jak utrata siedlisk i wahania temperatur, które już zepchnęły wiele gatunków zwierząt na skraj wyginięcia. Ale czy naukowcy mogą przewidzieć, które zwierzęta będą w stanie przystosować się i przeżyć? Korzystając z sekwencjonowania genomu, naukowcy z McGill University pokazują, że niektóre ryby, takie jak ciernik, potrafią bardzo szybko przystosować się do ekstremalnych zmian sezonowych. Ich odkrycia mogą pomóc naukowcom przewidzieć ewolucyjną przyszłość tych populacji.
Ciernik, popularny przedmiot badań wśród ekologów ewolucyjnych, znany jest z różnych kształtów, rozmiarów i zachowań – może nawet żyć zarówno w wodzie morskiej, jak i słodkiej, a także w szerokim zakresie temperatur. Ale co sprawia, że ten gatunek jest tak odporny?
Określenie genetycznych podstaw adaptacji, na przykład do wód słodkich lub w odpowiedzi na zmiany klimatu, może być trudne. „Współczesna wersja koncepcji Darwina na temat ewolucji przez dobór naturalny zakłada, że organizmy z genami sprzyjającymi przetrwaniu i rozmnażaniu będą miały tendencję do pozostawiania większej liczby potomstwa niż ich rówieśnicy, powodując wzrost częstotliwości genów w ciągu pokoleń. W rezultacie populacje przystosowują się lub z czasem lepiej dostosowują się do środowisk ”- mówi główny autor Alan Garcia-Elfring, doktorant pod nadzorem Rowana Barretta z kanadyjskiej Katedry ds. Badań nad Bioróżnorodnością na Uniwersytecie McGill.
Jednak proces ten był zazwyczaj badany retrospektywnie w populacjach, które przystosowały się do ich obecnego środowiska od dawna. Może to utrudniać zrozumienie sekwencji wydarzeń – na przykład, które cechy były najważniejsze i kiedy – to doprowadziły do ich adaptacji.
Dobór naturalny w czasie rzeczywistym
Aby zbadać dobór naturalny naukowcy prześledzili sześć populacji ciernika przed i po sezonowych zmianach w ich środowisku, korzystając z sekwencjonowania genomu. Ciernik znaleziony w różnych ujściach rzek wzdłuż wybrzeża Kalifornii stanowi rzadką okazję do badania doboru naturalnego w czasie rzeczywistym. Zmiany sezonowe wywołane mokrymi zimami i suchymi latami powodują drastyczne zmiany w strukturze siedliska i równowadze soli w porównaniu z wodą słodką, a tylko te ryby, które są w stanie tolerować te gwałtowne zmiany, przeżywają następny sezon.
Estuaria są okresowo izolowane od oceanu z powodu formowania się mieczy podczas suchych letnich miesięcy. „Zmiany te prawdopodobnie przypominają zmiany siedlisk, jakich doświadczyły populacje cierników, kiedy skolonizowały one wiele nowo utworzonych jezior słodkowodnych z oceanu po cofnięciu się lodowców 10 000 lat temu” – mówi profesor Barrett. „Mamy nadzieję uzyskać wgląd w zmiany genetyczne, które mogły wynikać z doboru naturalnego dawno temu”.
Co ciekawe, naukowcy odkryli dowody na zmiany genetyczne wywołane sezonowymi zmianami w środowisku, które odzwierciedlały różnice między istniejącymi od dawna populacjami słodkowodnymi i słonowodnymi. „Te zmiany genetyczne wystąpiły w niezależnych populacjach w ciągu jednego sezonu, co pokazuje, jak szybko można wykryć skutki doboru naturalnego” – mówi Alan Garcia-Elfring.
„Odkrycia są ważne, ponieważ sugerują, że możemy być w stanie wykorzystać różnice genetyczne, które wyewoluowały w przeszłości, jako sposób przewidywania, w jaki sposób populacje mogą przystosować się w przyszłości do środowiskowych czynników stresogennych, takich jak zmiana klimatu” – mówi.
Badania podkreślają znaczenie studiowania gatunków w dynamicznych środowiskach, takich jak ujścia rzek, aby lepiej zrozumieć, jak działa dobór naturalny. W dalszych badaniach naukowcy planują sprawdzić, na ile powtarzalne są zaobserwowane zmiany genetyczne, poprzez sprawdzenie, czy pojawiają się one rok po roku. W ten sposób wykazaliby swoją zdolność do wiarygodnego przewidywania ewolucyjnej przyszłości tych populacji.
