Adaptívne gény umožňujú organizmom odolávať oxidačnému stresu, vyvolanému extrémnymi teplotami, a prežiť v rôznych životných podmienkach.
Malý hlodavec hrdziak lesný poslúžil vedcom ako modelový druh pri štúdiu vplyvov klimatických zmien na živé organizmy. Zdroj: AV ČR, foto: P. Kotlík. Výsledky ukazujú, že hrdziaky v Škótsku sú z hľadiska adaptácie na hranici svojich možností a budú potrebovať teplomilnejšie alely, teda konkrétne formy génu, od svojich južných susedov v Anglicku. Ilustračný obrázok Škótskej vysočiny. Zdroj: Wikimedia Commons
S narastajúcou odchýlkou globálnej klímy od historických normálov sa jednotlivé druhy čoraz častejšie ocitajú v podmienkach, ktoré prekračujú ich fyziologické možnosti. Vedci z Ústavu živočíšnej fyziológie a genetiky Akadémie vied Českej republiky (AV ČR) identifikovali súbor génov spojených s ochranou buniek pred oxidačným stresom. Tieto gény umožňujú druhom prežiť v extrémnych klimatických podmienkach, pretože vytvárajú univerzálnu genetickú výbavu, ktorá následne môže ovplyvniť osud druhov počas súčasného globálneho otepľovania.
Gény pomáhajú zvládať klimatické zmeny
Organizmy sa musia stále prispôsobovať, aby obstáli v novom, horúcejšom svete. O tom, aké genetické vybavenie majú jednotlivé druhy k dispozícii, sa toho zatiaľ veľa nevie. Pochopenie genetických adaptácií je však kľúčové pri predvídaní osudu druhov v období globálneho otepľovania.
„Naše výsledky ukazujú, ako rozdiely v genetickej výbave medzi populáciami rovnakého druhu môžu ovplyvniť ich odolnosť proti klimatickým zmenám. Niektoré druhy majú k dispozícii repertoár univerzálnych adaptívnych génov, ktoré im umožňujú efektívne odolávať oxidačnému stresu, vyvolanému extrémnymi teplotami. Majú tak akýsi genetický bonus, využiteľný pri prežití počas globálneho otepľovania,“ vysvetlil vedúci vedeckého tímu Petr Kotlík z Ústavu živočíšnej fyziológie a genetiky AV ČR. Prácu vedcov publikoval prestížny vedecký časopis Nature Communications.
Pozrite si
Otepľovanie prináša podobný stres ako výstup do vysokých nadmorských výšok
Vedci v štúdii využili hrdziaka lesného ako modelový druh, ktorý sa bežne vyskytuje v lesoch Európy. Porovnaním genómov rôznych populácií lesného hraboša sa zistilo, že súbor génov zodpovedný za ochranu buniek pred oxidačným stresom je kľúčový pri jeho schopnosti prežiť v rôznych klimatických podmienkach. „Okrem známeho hemoglobínového génu je takým génom napríklad gén Epas1, ktorý stimuluje produkciu červených krviniek. Prekvapujúcim zistením je, že pri iných druhoch cicavcov vrátane človeka tie isté gény pomáhajú prežiť vo vysokých nadmorských výškach, ako napríklad na Tibetskej náhornej plošine,“ opísala funkčný význam sledovaných génov Silvia Marková, autorka vedeckej publikácie z Ústavu živočíšnej fyziológie a genetiky AV ČR. Univerzálne adaptívne gény totiž pomáhajú organizmom prežiť v rôznych životných podmienkach, od teplotných extrémov v nižších nadmorských výškach po nedostatok kyslíka vo vysokohorskom prostredí.
Keď rozmanitosť chýba, treba si ju požičať
Schopnosť živých organizmov prispôsobiť sa novým klimatickým podmienkam závisí od mnohých génov. Kľúčovým faktorom prežitia druhov v nových podmienkach je, aby boli tieto gény rôznorodé, čím sa podporí prirodzený výber. Genetické modely v štúdii však ukazujú, že niektoré populácie čelia klimatickej zmene bez dostatočnej genetickej výbavy.
V takom prípade sa kľúčovým faktorom ich adaptácie stáva schopnosť prijatia genetických vlastností od populácií, ktoré sú lepšie prispôsobené životu v teplejšej klíme. „Ako príklad môžeme uviesť hrdziaky v Anglicku a Škótsku. Naše výsledky ukazujú, že hrdziaky v Škótsku sú už dnes z hľadiska adaptácie na hranici svojich možností. Aby sa mohli prispôsobiť zmene klímy, ktorá ich čaká v budúcich desaťročiach, budú musieť získať nové, teplomilnejšie varianty adaptívnych génov od hrdziakov v Anglicku, ktoré ich majú,“ vysvetlil proces adaptácie Petr Kotlík.
Pozrite si
Adaptácia a biodiverzita v nečakanom tempe
Na základe nedávnych extrémnych letných vĺn horúčav v Spojenom kráľovstve a v kontinentálnej Európe možno usúdiť, že tempo globálneho otepľovania môže byť ešte rýchlejšie, než súčasné klimatické modely predpokladajú. Život na Zemi bude musieť čeliť teplotným extrémom, ktoré sa mali pôvodne dostaviť až v nasledujúcich desaťročiach. „S ohľadom na nové poznatky bude náš ďalší výskum zameraný na prispôsobenie sa novým, možno ešte pesimistickejším scenárom klimatických zmien. Je našou prioritou pochopiť, ako sa druhy môžu adaptovať na stále sa meniace podmienky a ako môžeme prispieť k udržaniu genetickej rozmanitosti, ktorá je kľúčová pre zachovanie biodiverzity na našej planéte,“ dodal Petr Kotlík.
Práca, ktorá bola publikovaná v prestížnom časopise Nature Communications, vznikla v Laboratóriu molekulárnej ekológie Ústavu živočíšnej fyziológie a genetiky AV ČR v spolupráci s kolegami z Oklahomskej a Cornellovej univerzity v USA a Univerzity Adama Mickiewicza v Poľsku.
Zdroj: TS AV ČR
(zh)
