Univerzální geny chrání před klimatickým stresem

14. 12. 2023

S narůstající odchylkou globálního klimatu od historických normálů se jednotlivé druhy stále více ocitají v podmínkách, které překračují jejich fyziologické možnosti. Vědci z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR identifikovali soubor genů, které jsou spojené s ochranou buněk před oxidačním stresem. Tyto geny umožňují druhům přežít v extrémních klimatických podmínkách, protože vytvářejí univerzální genetickou výbavu, která následně může ovlivnit osud druhů během současného globálního oteplování.

Organismy se potřebují neustále přizpůsobovat, aby obstály v novém, teplejším světě. O tom, jaké genetické vybavení mají jednotlivé druhy k dispozici, se toho zatím mnoho neví. Pochopení genetických adaptací je však pro předvídání osudu druhů v období globálního oteplování klíčové. „Naše výsledky ukazují, jak rozdíly v genetické výbavě mezi populacemi stejného druhu mohou ovlivnit jejich odolnost vůči klimatickým změnám. Některé druhy mají k dispozici repertoár „univerzálních“ adaptivních genů, které jim umožňují efektivně odolávat oxidačnímu stresu vyvolanému extrémními teplotami. Mají tak jakýsi genetický bonus využitelný pro přežití během globálního oteplování,“ vysvětluje vedoucí vědeckého týmu Petr Kotlík z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR. Práci vědců publikoval prestižní vědecký časopis Nature Communications.

Oteplování přináší podobný stres jako výstup do vysokých nadmořských výšek

Vědci pro studii využili norníka rudého jako modelový druh, který se běžně vyskytuje v lesích Evropy. Porovnáním genomů různých populací tohoto lesního hraboše bylo zjištěno, že soubor genů odpovědný za ochranu buněk před oxidačním stresem je klíčový pro jeho schopnost přežít v různých klimatických podmínkách. „Kromě známého hemoglobinového genu je takovým genem například gen Epas1, který stimuluje produkci červených krvinek. Překvapivým zjištěním je, že u jiných druhů savců včetně člověka ty samé geny pomáhají přežít ve vysokých nadmořských výškách, jako třeba na Tibetské náhorní plošině,“ popisuje funkční význam sledovaných genů Silvie Marková, autorka vědecké publikace z Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR. Tyto univerzální adaptivní geny totiž pomáhají organismům přežít v různých životních podmínkách, od teplotních extrémů v nižších nadmořských výškách po nedostatek kyslíku ve vysokohorském prostředí.

Když rozmanitost chybí, je třeba si ji vypůjčit

Schopnost živých organismů přizpůsobit se novým klimatickým podmínkám závisí na mnoha různých genech. Klíčovým faktorem pro přežití druhů v nových podmínkách je, aby byly tyto geny různorodé, čímž se podpoří přírodní výběr. Genetické modely ve studii však ukazují, že některé populace čelí klimatické změně bez dostatečné genetické výbavy. V takovém případě se klíčovým faktorem pro jejich adaptaci stává schopnost přijetí genetických vlastností od populací, které jsou teplejšímu klimatu lépe přizpůsobené. „Jako příklad můžeme uvést norníky v Anglii a ve Skotsku. Naše výsledky ukazují, že norníci ve Skotsku jsou již dnes z hlediska adaptace na hranici svých možností. Aby se mohli přizpůsobit změně klimatu, která je v příštích desetiletích čeká, budou potřebovat získat nové, ‚teplomilnější‘ varianty adaptivních genů od norníků v Anglii, kteří je mají,“ popisuje proces adaptace Petr Kotlík.

Adaptace a biodiverzita v nečekaném tempu

Z nedávných extrémních letních vln veder ve Velké Británii a Evropě lze usoudit, že tempo globálního oteplování může být ještě rychlejší, než současné klimatické modely předpokládají. Život na Zemi bude muset čelit teplotním extrémům, které měly původně přijít až v následujících desetiletích. „S ohledem na tyto nové poznatky bude náš další výzkum zaměřen na přizpůsobení se novým, možná ještě pesimističtějším scénářům klimatických změn. Je naší prioritou pochopit, jak se druhy mohou adaptovat na neustále se měnící podmínky a jak můžeme přispět k udržení genetické rozmanitosti, která je klíčová pro zachování biodiverzity na naší planetě,“ dodává Petr Kotlík.

Práce, která byla publikována v prestižním časopise Nature Communications, vznikla v Laboratoři molekulární ekologie Ústavu živočišné fyziologie a genetiky AV ČR ve spolupráci s kolegy z Oklahomské a Cornellovy univerzity v USA a Univerzity Adama Mickiewicze v Polsku.

Kontakt:

Petr Kotlík
Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR
kotlik@iapg.cas.cz

TZ ke stažení zde.