Arkties vandenyno srovė šiuo metu yra šilčiausia per pastaruosius 125 000 metų, o temperatūra ir toliau kyla. Dėl šio atšilimo prognozuojama, kad iki 2050 metų išnyks daugiau nei du trečdaliai baltųjų lokių, o visiškas jų išnykimas galimas dar šio amžiaus pabaigoje.
Tačiau mūsų naujame tyrime paaiškėjo, kad kintantis klimatas keičia baltųjų lokių genomą – tai galbūt leidžia jiems lengviau prisitaikyti prie šiltesnių buveinių.
Jei šie baltieji lokiai sugebės rasti pakankamai maisto ir poravimosi partnerių, tai leidžia manyti, kad jie gali išgyventi ir šiuos naujus, sudėtingus klimato pokyčius.
Mes nustatėme ryškų ryšį tarp kylančios temperatūros pietryčių Grenlandijoje ir pokyčių baltųjų lokių DNR.
Kas vyksta lokių DNR?
DNR – tai kiekvienoje ląstelėje esanti „instrukcijų knyga“, valdanti, kaip organizmas auga ir vystosi. Procesų, vadinamų transkripcija ir transliacija, metu DNR nukopijuojama į RNR – molekules, atspindinčias genų aktyvumą. Šis procesas gali lemti baltymų ir transpozonų (TE), dar vadinamų „šokančiais genais“, kopijų susidarymą. Tai mobilios genomo dalys, galinčios judėti po genomą ir paveikti, kaip veikia kiti genai.
Mūsų naujausiame tyrime paaiškėjo, kad Grenlandijos šiaurės rytuose fiksuotos temperatūros smarkiai skyrėsi nuo temperatūrų šalies pietryčiuose.
Tyrimui pasitelkėme viešai prieinamus baltųjų lokių genetinius duomenis, kuriuos surinko mokslininkų grupė iš Vašingtono universiteto JAV. Šis duomenų rinkinys buvo sudarytas iš kraujo mėginių, paimtų iš lokių šiaurinėje ir pietrytinėje Grenlandijos dalyse.
Mūsų darbas rėmėsi Vašingtono universiteto tyrimu, kuriame nustatyta, kad pietryčių Grenlandijos baltųjų lokių populiacija yra genetiškai skirtinga nuo šiaurės rytų populiacijos. Tyrimas parodė, kad pietryčių lokiai atkeliavo iš šiaurės ir maždaug prieš 200 metų tapo izoliuota, atskira grupe nuo kitų lokių.
Vašingtono tyrėjai iš baltųjų lokių kraujo mėginių išskyrė RNR ir ją sekvenavo. Mes panaudojome šiuos RNR sekoskaitos duomenis, kad įvertintume RNR raišką – tai yra „pasiuntinių“ molekules, rodančias, kurie genai yra aktyvūs, ir susiejome tai su klimato duomenimis.
Taip gavome išsamų vaizdą apie genų aktyvumą, įskaitant ir TE elgseną. Grenlandijos temperatūros atidžiai stebimos ir registruojamos Danijos meteorologijos instituto. Šiuos klimato duomenis susiejome su RNR duomenimis, kad suprastume, kaip aplinkos pokyčiai veikia baltųjų lokių biologiją.
Ar temperatūra ką nors keičia?
Mūsų analizė parodė, kad šiaurės rytų Grenlandijoje temperatūra yra šaltesnė ir stabilesnė, o pietryčiuose – šiltesnė ir labiau svyruojanti.
Žemiau pateiktose vizualizacijose pavaizduoti mūsų duomenys ir temperatūros pasiskirstymas Grenlandijoje: pietrytinėje dalyje sąlygos yra šiltesnės ir nepastovesnės. Tai kelia daug iššūkių ir keičia lokių buveines šiuose regionuose.
Pietryčių Grenlandijoje ledo skydo pakraštys – ledyninės dangos kraštas, kuris dengia apie 80 % Grenlandijos, – sparčiai traukiasi, sukeldamas milžinišką ledo ir buveinių nykimą.
Ledo nykimas kelia rimtą problemą baltiesiems lokiams, nes mažėja ledo platformų, nuo kurių jie medžioja ruonius, todėl didėja jų izoliacija ir maisto stygius. Šiaurės rytų Grenlandijoje vyrauja plati, lygi arktinė tundra, o pietryčiuose – miško tundra, pereinamoji zona tarp spygliuočių miškų ir arktinės tundros. Čia vyrauja gausūs krituliai, stiprūs vėjai ir statūs pakrančių kalnai.
Kaip klimatas keičia baltųjų lokių DNR
Laikui bėgant DNR seka pamažu kinta ir evoliucionuoja, tačiau aplinkos stresas, pavyzdžiui, šiltesnis klimatas, gali šį procesą smarkiai paspartinti.
Transpozonai (TE) – tarsi dėlionės detalės, galinčios persitvarkyti, kartais padedančios gyvūnams prisitaikyti prie naujų sąlygų. Baltųjų lokių genome apie 38,1 % genomo sudaro TE. Yra daugybė transpozonų šeimų su šiek tiek skirtingu elgesiu, tačiau iš esmės tai mobilūs fragmentai, galintys atsitiktinai įsiterpti bet kurioje genomo vietoje.
Žmogaus genome apie 45 % sudaro TE, o augaluose jų gali būti net daugiau nei 70 %. Yra mažos apsauginės molekulės – piwi sąveikaujanti RNR (piRNR), kurios gali nutildyti TE aktyvumą.
Vis dėlto, kai aplinkos stresas tampa per didelis, šios apsauginės piRNR nebepajėgia suvaldyti agresyvios transpozonų veiklos. Mūsų darbe nustatyta, kad šiltesnis pietryčių klimatas paskatino masinę TE mobilizaciją visame baltųjų lokių genome ir taip keitė jo seką.
Taip pat nustatėme, kad šie TE fragmentai pietryčių lokių genome yra „jaunesni“ ir gausesni: daugiau kaip 1500 jų buvo padidėjusio aktyvumo („suaktyvėję“), o tai rodo neseniai įvykusius genetinius pokyčius, kurie gali padėti lokiams prisitaikyti prie kylančių temperatūrų.
Dalis šių elementų persidengia su genais, susijusiais su streso atsaku ir medžiagų apykaita, kas leidžia įtarti, jog jie gali padėti prisitaikyti prie klimato kaitos. Tirdami šiuos „šokančius genus“ atskleidėme, kaip baltųjų lokių genomas trumpesniu laikotarpiu reaguoja ir prisitaiko prie aplinkos streso ir šiltesnio klimato.
Mūsų tyrimas parodė, kad kai kurie genai, susiję su karščio stresu, senėjimu ir medžiagų apykaita, pietryčių baltųjų lokių populiacijoje veikia kitaip. Tai rodo, jog lokiai gali prisitaikyti prie šiltesnių sąlygų.
Be to, aptikome aktyvius „šokančius genus“ genomo vietose, susijusiose su riebalų apdorojimu – tai itin svarbu, kai trūksta maisto. Tai gali reikšti, kad pietryčių lokiai pamažu prisitaiko prie šiurkštesnės, augalinės kilmės mitybos, būdingos šiltesnėms vietovėms. Tuo tarpu šiaurinių populiacijų lokiai daugiausia minta riebiomis ruonių skerdenomis.
Apskritai klimato kaita keičia baltųjų lokių buveines ir skatina genetinius pokyčius: pietryčių lokiai evoliucionuoja, kad išgyventų naujo tipo teritorijose ir mitybos sąlygose. Ateities tyrimai galėtų apimti ir kitas baltųjų lokių populiacijas, gyvenančias ypač sudėtinguose klimatuose.
Šių genetinių pokyčių supratimas padeda mokslininkams prognozuoti, kaip baltieji lokiai galėtų išlikti šylančiame pasaulyje ir kurios populiacijos yra labiausiai pažeidžiamos.
