Οι πολικές αρκούδες προσαρμόζονται στην κλιματική αλλαγή
Το ρεύμα του Αρκτικού Ωκεανού βρίσκεται στο θερμότερο σημείο του τα τελευταία 125.000 χρόνια και οι θερμοκρασίες συνεχίζουν να αυξάνονται. Λόγω αυτών των θερμότερων θερμοκρασιών, περισσότερες από τα δύο τρίτα των πολικών αρκούδων αναμένεται να εξαφανιστούν έως το 2050, με την ολική εξαφάνιση να προβλέπεται μέχρι το τέλος αυτού του αιώνα. Οι πολικές αρκούδες όμως, προσαρμόζονται στην κλιματική αλλαγή σε γενετικό επίπεδο και αυτό θα μπορούσε να τις βοηθήσει να αποφύγουν την εξαφάνιση.
Γράφει η Alice Godden, Ανώτερη Ερευνητική Συνεργάτιδα, Σχολή Βιολογικών Επιστημών, Πανεπιστήμιο East Anglia
Στη νέα μας μελέτη, οι συνάδελφοί μου και εγώ διαπιστώσαμε ότι το μεταβαλλόμενο κλίμα οδηγούσε σε αλλαγές στο γονιδίωμα της πολικής αρκούδας, επιτρέποντάς της ενδεχομένως να προσαρμοστεί πιο εύκολα σε θερμότερα ενδιαιτήματα. Εφόσον αυτές οι πολικές αρκούδες μπορούν να βρουν αρκετή τροφή και αναπαραγωγικούς συντρόφους, αυτό υποδηλώνει ότι ενδέχεται να επιβιώσουν από αυτά τα νέα, απαιτητικά κλίματα.
Ανακαλύψαμε μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ των αυξανόμενων θερμοκρασιών στη νοτιοανατολική Γροιλανδία και των αλλαγών στο DNA της πολικής αρκούδας. Το DNA είναι το εγχειρίδιο οδηγιών μέσα σε κάθε κύτταρο, καθοδηγώντας τον τρόπο με τον οποίο ένας οργανισμός αναπτύσσεται και αναπτύσσεται.
Σε διαδικασίες που ονομάζονται μεταγραφή και μετάφραση, το DNA αντιγράφεται για να παράγει RNA (μόρια που αντανακλούν τη γονιδιακή δραστηριότητα) και μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή πρωτεϊνών και αντιγράφων τρανσποζονίων (TE), τα οποία είναι κινητά κομμάτια του γονιδιώματος που μπορούν να κινούνται και να επηρεάζουν τον τρόπο λειτουργίας άλλων γονιδίων.
Κατά τη διεξαγωγή της πρόσφατης έρευνάς μας, διαπιστώσαμε ότι υπήρχαν μεγάλες διαφορές στις θερμοκρασίες που παρατηρήθηκαν στα βορειοανατολικά, σε σύγκριση με τις νοτιοανατολικές περιοχές της Γροιλανδίας.
Η ομάδα μας χρησιμοποίησε δημόσια διαθέσιμα γενετικά δεδομένα πολικών αρκούδων από μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον, ΗΠΑ, για να υποστηρίξει τη μελέτη μας. Αυτό το σύνολο δεδομένων δημιουργήθηκε από δείγματα αίματος που συλλέχθηκαν από πολικές αρκούδες τόσο στη βόρεια όσο και στη νοτιοανατολική Γροιλανδία.
Η εργασία μας βασίστηκε στη μελέτη του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον, η οποία ανακάλυψε ότι αυτός ο νοτιοανατολικός πληθυσμός πολικών αρκούδων της Γροιλανδίας ήταν γενετικά διαφορετικός από τον βορειοανατολικό πληθυσμό. Οι αρκούδες της νοτιοανατολικής περιοχής είχαν μεταναστεύσει από τον βορρά και απομονώθηκαν και διαχωρίστηκαν πριν από περίπου 200 χρόνια, διαπίστωσε.
Ερευνητές από την Ουάσινγκτον εξήγαγαν RNA από δείγματα αίματος πολικών αρκούδων και το ανέλυσαν. Χρησιμοποιήσαμε αυτήν την αλληλούχιση RNA για να εξετάσουμε την έκφραση RNA – τα μόρια που λειτουργούν ως αγγελιοφόροι, δείχνοντας ποια γονίδια είναι ενεργά, σε σχέση με το κλίμα.
Αυτό μας έδωσε μια λεπτομερή εικόνα της γονιδιακής δραστηριότητας, συμπεριλαμβανομένης της συμπεριφοράς των TE. Οι θερμοκρασίες στη Γροιλανδία έχουν παρακολουθηθεί στενά και καταγραφεί από το Δανικό Μετεωρολογικό Ινστιτούτο. Έτσι, συνδέσαμε αυτά τα κλιματικά δεδομένα με τα δεδομένα RNA για να διερευνήσουμε πώς οι περιβαλλοντικές αλλαγές μπορεί να επηρεάζουν τη βιολογία των πολικών αρκούδων.
Αλλάζει η θερμοκρασία κάτι;
Από την ανάλυσή μας διαπιστώσαμε ότι οι θερμοκρασίες στα βορειοανατολικά της Γροιλανδίας ήταν ψυχρότερες και λιγότερο μεταβλητές, ενώ οι θερμοκρασίες στα νοτιοανατολικά παρουσίασαν διακυμάνσεις και ήταν σημαντικά θερμότερες.
Στα νοτιοανατολικά της Γροιλανδίας, το περιθώριο του παγοκαλύμματος, το οποίο είναι η άκρη του παγοκαλύμματος και εκτείνεται στο 80% της Γροιλανδίας, υποχωρεί ραγδαία, προκαλώντας τεράστια απώλεια πάγου και ενδιαιτημάτων.
Η απώλεια πάγου αποτελεί σημαντικό πρόβλημα για τις πολικές αρκούδες, καθώς μειώνει τη διαθεσιμότητα πλατφορμών κυνηγιού για την αλίευση φώκιας, οδηγώντας σε απομόνωση και έλλειψη τροφίμων.
Τα βορειοανατολικά της Γροιλανδίας είναι μια απέραντη, επίπεδη αρκτική τούνδρα, ενώ η νοτιοανατολική Γροιλανδία καλύπτεται από δασική τούνδρα (τη μεταβατική ζώνη μεταξύ κωνοφόρων δασών και αρκτικής τούνδρας). Το νοτιοανατολικό κλίμα έχει υψηλά επίπεδα βροχής, ανέμου και απόκρημνα παράκτια βουνά.
Πώς το κλίμα αλλάζει το DNA της πολικής αρκούδας
Με την πάροδο του χρόνου, η αλληλουχία του DNA μπορεί να αλλάξει και να εξελιχθεί αργά, αλλά το περιβαλλοντικό στρες, όπως το θερμότερο κλίμα, μπορεί να επιταχύνει αυτή τη διαδικασία.
Τα TE είναι σαν κομμάτια παζλ που μπορούν να αναδιαταχθούν, βοηθώντας μερικές φορές τα ζώα να προσαρμοστούν σε νέα περιβάλλοντα. Στο γονιδίωμα της πολικής αρκούδας, περίπου το 38,1% του γονιδιώματος αποτελείται από TE. Τα TE ανήκουν σε πολλές διαφορετικές οικογένειες και έχουν ελαφρώς διαφορετικές συμπεριφορές, αλλά στην ουσία όλα είναι κινητά θραύσματα που μπορούν να επανεισαχθούν τυχαία οπουδήποτε στο γονιδίωμα.
Παρά ταύτα, όταν ένα περιβαλλοντικό στρες είναι πολύ ισχυρό, αυτά τα προστατευτικά RNAs δεν μπορούν να κρατήσουν με τις επεμβατικές δράσεις των TE. Στην εργασία μας, διαπιστώσαμε ότι το θερμότερο νοτιοανατολικό κλίμα οδήγησε σε μαζική κινητοποίηση από αυτά τα TE σε όλο το γονιδίωμα της πολικής αρκούδας, αλλάζοντας την αλληλουχία του.
Διαπιστώσαμε επίσης ότι αυτές οι αλληλουχίες TE εμφανίστηκαν νεότερες και πιο άφθονες στις αρκούδες της νοτιοανατολικής περιοχής, με πάνω από 1.500 από αυτές να είναι «υπερρυθμισμένες», γεγονός που υποδηλώνει πρόσφατες γενετικές αλλαγές που μπορεί να βοηθήσουν τις αρκούδες να προσαρμοστούν στις αυξανόμενες θερμοκρασίες.
Ορισμένα από αυτά τα στοιχεία αλληλεπικαλύπτονται με γονίδια που συνδέονται με τις αντιδράσεις στο στρες και τον μεταβολισμό, υπονοώντας έναν πιθανό ρόλο στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής. Μελετώντας αυτά τα γονίδια-άλματα, αποκαλύψαμε πώς το γονιδίωμα της πολικής αρκούδας προσαρμόζεται και ανταποκρίνεται, βραχυπρόθεσμα, στο περιβαλλοντικό στρες και στα θερμότερα κλίματα.
Η έρευνά μας διαπίστωσε ότι ορισμένα γονίδια που συνδέονται με το θερμικό στρες, τη γήρανση και τον μεταβολισμό συμπεριφέρονται διαφορετικά στον πληθυσμό των πολικών αρκούδων της νοτιοανατολικής περιοχής.
Αυτό υποδηλώνει ότι μπορεί να προσαρμόζονται στις θερμότερες συνθήκες τους. Επιπλέον, βρήκαμε ενεργά γονίδια-άλματα σε μέρη του γονιδιώματος που εμπλέκονται σε περιοχές που συνδέονται με την επεξεργασία λίπους – σημαντικό όταν τα τρόφιμα είναι σπάνια.
Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι οι πολικές αρκούδες στα νοτιοανατολικά προσαρμόζονται σιγά σιγά στην κατανάλωση των πιο σκληρών φυτικών τροφών που μπορούν να βρεθούν στις θερμότερες περιοχές. Οι βόρειοι πληθυσμοί αρκούδων τρώνε κυρίως λιπαρές φώκιες.
Συνολικά, η κλιματική αλλαγή αναδιαμορφώνει τα ενδιαιτήματα των πολικών αρκούδων, οδηγώντας σε γενετικές αλλαγές, με τις αρκούδες στα νοτιοανατολικά να εξελίσσονται για να επιβιώσουν σε αυτά τα νέα εδάφη και δίαιτες.
Η μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να περιλαμβάνει και άλλους πληθυσμούς πολικών αρκούδων που ζουν σε δύσκολα κλίματα. Η κατανόηση αυτών των γενετικών αλλαγών βοηθά τους ερευνητές να δουν πώς οι πολικές αρκούδες θα μπορούσαν να επιβιώσουν σε έναν κόσμο που θερμαίνεται – και ποιοι πληθυσμοί διατρέχουν τον μεγαλύτερο κίνδυνο.
ΠΗΓΗ: www.theconversation.com
