خرسهای قطبی ممکن است در حال تکامل باشند تا در دنیایی گرمتر زنده بمانند
جریان های اقیانوس منجمد شمالی در حال حاضر در گرم ترین سطح خود در ۱۲۵۰۰۰ سال گذشته هستند و دما همچنان در حال افزایش است. در نتیجه این گرمایش، پیش بینی می شود که بیش از دو سوم خرس های قطبی تا سال ۲۰۵۰ منقرض شوند و احتمال انقراض کامل آنها تا پایان این قرن وجود دارد.
به گزارش افق میهن و به نقل از sciencealert; با این حال، در تحقیقات جدیدی که من و همکارانم انجام دادهایم، به این نتیجه رسیدهایم که تغییرات آب و هوایی در حال ایجاد دگرگونیهایی در ژنوم خرسهای قطبی است. تغییراتی که ممکن است به آنها کمک کند تا بهتر با زیستگاه های گرمتر سازگار شوند.
البته این سازگاری تنها در صورتی می تواند به زنده ماندن آنها کمک کند که خرس های قطبی هنوز بتوانند غذای کافی و جفت مناسب برای تولید مثل پیدا کنند. در چنین شرایطی، این یافته ها نشان می دهد که آنها ممکن است بتوانند از این آب و هوای جدید و چالش برانگیز جان سالم به در ببرند.
در این مطالعه، ما یک ارتباط قوی بین افزایش دما در جنوب شرقی گرینلند و تغییرات DNA در خرس های قطبی کشف کردیم.
DNA راهنمای دستورالعملی است که در داخل هر سلول قرار دارد و رشد و نمو یک موجود زنده را هدایت می کند. در فرآیندهایی به نام رونویسی و ترجمه، DNA برای تولید RNA کپی می شود. مولکول هایی که نشان می دهند کدام ژن ها فعال هستند. این فرآیند می تواند منجر به تولید پروتئین ها و همچنین کپی هایی از ترانسپوزون ها (TEs) شود. عناصری که به نام «ژن های پرش» شناخته می شوند، می توانند در اطراف ژنوم حرکت کنند و بر عملکرد سایر ژن ها تأثیر بگذارند.
در طول تحقیقات، ما دریافتیم که درجه حرارت در شمال شرقی گرینلند به طور قابل توجهی سردتر و پایدارتر است، در حالی که جنوب شرقی این منطقه دمای ناپایدارتر و بسیار گرم تری دارد.
گروه تحقیقاتی ما از داده های ژنتیکی کلی خرس های قطبی که توسط یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه واشنگتن، ایالات متحده جمع آوری شده بود، استفاده کرد. این داده ها از نمونه خون خرس های قطبی در شمال و جنوب شرقی گرینلند به دست آمده است.
کار ما بر اساس تحقیقات قبلی دانشگاه واشنگتن بود. تحقیقاتی که نشان داد جمعیت خرس های قطبی در جنوب شرقی گرینلند از نظر ژنتیکی با جمعیت شمال شرقی متفاوت است. بر اساس آن مطالعه، خرس های جنوب شرقی حدود ۲۰۰ سال پیش از شمال مهاجرت کردند و سپس به طور جداگانه و در انزوا تکامل یافتند.
محققان دانشگاه واشنگتن RNA استخراج شده از نمونه خون خرس ها را توالی یابی کردند. ما از این دادههای RNA برای بررسی سطوح بیان ژن – یعنی فعالیت ژن – در رابطه با شرایط آب و هوایی استفاده کردیم.
این روش تصویری دقیق از فعالیت ژنها، از جمله رفتار ترانسپوزونها به ما داد. از آنجایی که دمای گرینلند به طور دقیق توسط موسسه هواشناسی دانمارک ثبت و نظارت می شود، ما توانستیم داده های آب و هوایی را با داده های RNA ترکیب کنیم تا بررسی کنیم که چگونه تغییرات محیطی بر بیولوژی خرس های قطبی تأثیر می گذارد.
آیا واقعا دما تفاوتی ایجاد می کند؟
تجزیه و تحلیل ما نشان داد که دمای شمال شرقی گرینلند سردتر و پایدارتر است، در حالی که دمای جنوب شرقی نوسان بیشتر و به طور کلی گرمتر است.
در جنوب شرقی گرینلند، لبه صفحه یخی – که حدود ۸۰ درصد از گرینلند را پوشش می دهد – به سرعت در حال عقب نشینی است که منجر به از بین رفتن گسترده یخ و زیستگاه می شود.
از دست دادن یخ یک مشکل جدی برای خرس های قطبی است، زیرا سکوهای یخی مورد نیاز برای شکار فوک ها را کاهش می دهد و منجر به انزوا و کمبود غذا می شود. شمال شرقی گرینلند عمدتاً یک تاندرای قطبی پهن و مسطح است، اما جنوب شرقی آن پوشیده از تندراهای جنگلی است. منطقه انتقالی بین جنگلهای مخروطی و تاندرای قطبی. آب و هوای جنوب شرقی دارای بارندگی زیاد، بادهای شدید و کوه های ساحلی شیب دار است.
چگونه تغییرات آب و هوایی DNA خرس های قطبی را تغییر می دهد؟
با گذشت زمان، توالی DNA به تدریج تغییر می کند و تکامل می یابد، اما فشارهای محیطی – مانند گرم شدن کره زمین – می تواند این روند را تسریع کند.
ترانسپوزون ها مانند قطعات پازلی هستند که می توانند خود را دوباره مرتب کنند و گاهی به حیوانات کمک می کنند تا با محیط های جدید سازگار شوند. در ژنوم خرس های قطبی، حدود ۳۸.۱ درصد از کل ژنوم را ترانسپوزون ها تشکیل می دهند. این عناصر خانواده های متفاوتی دارند و رفتارهای متفاوتی از خود نشان می دهند، اما اساساً همه آنها قطعات متحرکی هستند که می توانند به طور تصادفی در هر نقطه از ژنوم دوباره وارد شوند.
در ژنوم انسان، حدود ۴۵ درصد از DNA از ترانسپوزون ها تشکیل شده است و در گیاهان این تعداد می تواند به بیش از ۷۰ درصد برسد. مولکول های محافظ کوچکی به نام piRNA وجود دارد که می تواند فعالیت ترانسپوزون ها را مهار کند.
با این حال، زمانی که استرس محیطی خیلی شدید باشد، این مولکول های محافظ دیگر قادر به کنترل فعالیت ترانسپوزون ها نیستند. در تحقیقات ما، مشخص شد که آب و هوای گرمتر جنوب شرقی گرینلند باعث فعال شدن گسترده ترانسپوزون ها در سراسر ژنوم خرس های قطبی شده و توالی ژنتیکی آنها را تغییر داده است.
ما همچنین دریافتیم که این توالیهای ترانسپوزون در خرسهای جنوب شرقی جوانتر و فراوانتر هستند و بیش از ۱۵۰۰ مورد از آنها افزایش فعالیت را نشان میدهند. نشانه ای از تغییرات ژنتیکی اخیر که ممکن است به سازگاری با دمای بالاتر کمک کرده باشد.
برخی از این عناصر با ژن های مربوط به پاسخ استرس و متابولیسم همپوشانی دارند. موضوعی که نقش احتمالی آنها را در مقابله با تغییرات اقلیمی مطرح می کند. با بررسی این “ژن های پرش”، ما توانستیم بفهمیم که ژنوم خرس های قطبی در کوتاه مدت چگونه به فشارهای محیطی و آب و هوای گرم تر واکنش نشان می دهد.
تحقیقات ما نشان داد که برخی از ژنهای مرتبط با استرس گرمایی، پیری و متابولیسم در جمعیت جنوب شرقی خرسهای قطبی رفتار متفاوتی دارند. این نشان می دهد که این خرس ها ممکن است با شرایط گرمتر سازگار شوند.
خرس های قطبی و گیاهان سبز
علاوه بر این، ما ترانسپوزونهای فعال را در بخشهایی از ژنوم مرتبط با پردازش لیپید یافتیم. یک فرآیند حیاتی در زمان کمبود مواد غذایی. این یافته میتواند به این معنا باشد که خرسهای قطبی جنوب شرقی به تدریج با رژیمهای غذایی خشنتر و مبتنی بر گیاهی که در مناطق گرمتر یافت میشود، سازگار میشوند. در مقابل، جمعیت خرس های شمالی عمدتاً از فوک های چرب تغذیه می کنند.
به طور کلی، تغییرات آب و هوایی زیستگاه خرس های قطبی را دگرگون می کند و این تغییرات با تغییرات ژنتیکی همراه است. به نظر می رسد خرس های جنوب شرقی گرینلند برای زنده ماندن در این سرزمین ها و رژیم های غذایی جدید تکامل یافته اند. تحقیقات آینده همچنین میتواند سایر جمعیتهای خرسهای قطبی را که در آب و هوای سخت زندگی میکنند، بررسی کند.
درک این تغییرات ژنتیکی به محققان کمک میکند تا بفهمند خرسهای قطبی چگونه ممکن است در دنیای گرمتر زنده بمانند و چه جمعیتهایی بیشتر در معرض خطر هستند.
