خرس‌های قطبی ممکن است در حال تکامل باشند تا در دنیایی گرم‌تر زنده بمانند

جریان‌های اقیانوس منجمد شمالی در حال حاضر در گرم‌ترین وضعیت خود طی ۱۲۵ هزار سال گذشته قرار دارند و دما همچنان رو به افزایش است. بر اثر این گرمایش، پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۵۰ بیش از دو‌سوم خرس‌های قطبی منقرض شوند و انقراض کامل آن‌ها تا پایان این قرن محتمل باشد.

به گزارش انتخاب و به نقل از  sciencealert؛ با این حال، در پژوهش تازه‌ای که من و همکارانم انجام داده‌ایم، به این نتیجه رسیدیم که تغییرات اقلیمی در حال ایجاد دگرگونی‌هایی در ژنوم خرس‌های قطبی است؛ تغییراتی که ممکن است به آن‌ها کمک کند بهتر با زیستگاه‌های گرم‌تر سازگار شوند.

البته این سازگاری تنها در صورتی می‌تواند به بقای آن‌ها کمک کند که خرس‌های قطبی همچنان بتوانند به اندازه‌ی کافی غذا و جفت مناسب برای تولیدمثل پیدا کنند. در چنین شرایطی، این یافته‌ها نشان می‌دهد که شاید آن‌ها بتوانند از این اقلیم‌های جدید و چالش‌برانگیز جان سالم به در ببرند.

در این مطالعه، ارتباطی قوی میان افزایش دما در جنوب‌شرقی گرینلند و تغییرات DNA خرس‌های قطبی کشف کردیم.

DNA دفترچه‌ی راهنمایی است که درون هر سلول قرار دارد و رشد و تکامل یک موجود زنده را هدایت می‌کند. در فرآیندهایی به نام رونویسی و ترجمه، DNA کپی می‌شود تا RNA تولید شود؛ مولکول‌هایی که نشان می‌دهند کدام ژن‌ها فعال هستند. این فرآیند می‌تواند به تولید پروتئین‌ها و همچنین نسخه‌هایی از ترانسپوزون‌ها (TEs) منجر شود؛ عناصری که به «ژن‌های جهنده» معروف‌اند و می‌توانند در ژنوم جابه‌جا شوند و بر عملکرد سایر ژن‌ها اثر بگذارند.

در جریان پژوهش، دریافتیم که دما در شمال‌شرقی گرینلند به‌طور محسوسی سردتر و پایدارتر است، در حالی که جنوب‌شرقی این منطقه دمایی ناپایدارتر و به‌مراتب گرم‌تر دارد.

گروه پژوهشی ما از داده‌های ژنتیکی عمومی خرس‌های قطبی که توسط یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه واشنگتن آمریکا جمع‌آوری شده بود، استفاده کرد. این داده‌ها از نمونه‌های خونی خرس‌های قطبی در شمال و جنوب‌شرقی گرینلند به دست آمده بودند.

کار ما بر پایه‌ی پژوهش پیشین دانشگاه واشنگتن انجام شد؛ پژوهشی که نشان داده بود جمعیت خرس‌های قطبی جنوب‌شرقی گرینلند از نظر ژنتیکی با جمعیت شمال‌شرقی تفاوت دارد. طبق آن مطالعه، خرس‌های جنوب‌شرقی حدود ۲۰۰ سال پیش از شمال مهاجرت کرده و سپس به‌طور جداگانه و منزوی تکامل یافته‌اند.

پژوهشگران دانشگاه واشنگتن RNA استخراج‌شده از نمونه‌های خونی خرس‌ها را توالی‌یابی کرده بودند. ما از این داده‌های RNA برای بررسی میزان بیان ژن‌ها – یعنی فعالیت ژن‌ها – در ارتباط با شرایط اقلیمی استفاده کردیم.

این روش به ما تصویری دقیق از فعالیت ژن‌ها، از جمله رفتار ترانسپوزون‌ها، داد. از آنجا که دما در گرینلند به‌طور دقیق توسط مؤسسه هواشناسی دانمارک ثبت و پایش می‌شود، توانستیم داده‌های اقلیمی را با داده‌های RNA ترکیب کنیم تا بررسی کنیم تغییرات محیطی چگونه بر زیست‌شناسی خرس‌های قطبی اثر می‌گذارد.

آیا دما واقعاً تفاوت ایجاد می‌کند؟

تحلیل‌های ما نشان داد دمای شمال‌شرقی گرینلند سردتر و باثبات‌تر است، در حالی که دمای جنوب‌شرقی نوسان بیشتری دارد و به‌طور کلی گرم‌تر است.

در جنوب‌شرقی گرینلند، لبه‌ی صفحه‌ی یخی – که حدود ۸۰ درصد از گرینلند را دربر می‌گیرد – به‌سرعت در حال عقب‌نشینی است و این موضوع به از دست رفتن گسترده‌ی یخ و زیستگاه‌ها منجر شده است.

از دست رفتن یخ برای خرس‌های قطبی یک مشکل جدی محسوب می‌شود، زیرا سکوهای یخی مورد نیاز برای شکار فُک‌ها کاهش می‌یابد و این مسئله باعث انزوا و کمبود غذا می‌شود. شمال‌شرقی گرینلند عمدتاً یک توندرا‌ی وسیع و مسطح قطبی است، اما جنوب‌شرقی آن پوشیده از توندرا‌ی جنگلی است؛ منطقه‌ای گذار میان جنگل‌های مخروطی و توندرا‌ی قطبی. اقلیم جنوب‌شرقی بارندگی زیاد، بادهای شدید و کوهستان‌های ساحلی شیب‌دار دارد.

تغییرات اقلیمی چگونه DNA خرس‌های قطبی را دگرگون می‌کند؟

در طول زمان، توالی DNA به‌تدریج تغییر می‌کند و تکامل می‌یابد، اما فشارهای محیطی – مانند گرمایش اقلیم – می‌توانند این روند را تسریع کنند.

ترانسپوزون‌ها مانند قطعات پازلی هستند که می‌توانند خودشان را دوباره بچینند و گاهی به جانوران کمک می‌کنند با محیط‌های جدید سازگار شوند. در ژنوم خرس‌های قطبی، حدود ۳۸.۱ درصد از کل ژنوم از ترانسپوزون‌ها تشکیل شده است. این عناصر خانواده‌های گوناگونی دارند و رفتارهای متفاوتی از خود نشان می‌دهند، اما در اصل همگی قطعات متحرکی هستند که می‌توانند به‌صورت تصادفی در هر جای ژنوم دوباره درج شوند.

در ژنوم انسان، حدود ۴۵ درصد از DNA را ترانسپوزون‌ها تشکیل می‌دهند و در گیاهان این عدد می‌تواند به بیش از ۷۰ درصد برسد. مولکول‌های محافظ کوچکی به نام piRNA وجود دارند که می‌توانند فعالیت ترانسپوزون‌ها را مهار کنند.

با این حال، زمانی که فشار محیطی بیش از حد شدید باشد، این مولکول‌های محافظ دیگر قادر به کنترل فعالیت ترانسپوزون‌ها نیستند. در پژوهش ما، مشخص شد اقلیم گرم‌تر جنوب‌شرقی گرینلند باعث فعال‌سازی گسترده‌ی ترانسپوزون‌ها در سراسر ژنوم خرس‌های قطبی شده و توالی ژنتیکی آن‌ها را تغییر داده است.

همچنین دریافتیم که این توالی‌های ترانسپوزونی در خرس‌های جنوب‌شرقی جوان‌تر و فراوان‌تر هستند و بیش از ۱۵۰۰ مورد از آن‌ها افزایش فعالیت نشان می‌دهند؛ نشانه‌ای از تغییرات ژنتیکی اخیر که ممکن است به سازگاری با دماهای بالاتر کمک کند.

برخی از این عناصر با ژن‌هایی هم‌پوشانی دارند که به پاسخ به استرس و سوخت‌وساز مرتبط‌اند؛ موضوعی که نقش احتمالی آن‌ها در کنار آمدن با تغییرات اقلیمی را مطرح می‌کند. با بررسی این «ژن‌های جهنده»، توانستیم بفهمیم ژنوم خرس‌های قطبی چگونه در کوتاه‌مدت به فشارهای محیطی و اقلیم گرم‌تر واکنش نشان می‌دهد.

پژوهش ما نشان داد برخی ژن‌های مرتبط با استرس گرمایی، پیری و متابولیسم در جمعیت جنوب‌شرقی خرس‌های قطبی رفتار متفاوتی دارند؛ موضوعی که نشان می‌دهد این خرس‌ها ممکن است در حال سازگار شدن با شرایط گرم‌تر باشند.

خرس‌های قطبی و گیاهان سبز

علاوه بر این، ترانسپوزون‌های فعالی را در بخش‌هایی از ژنوم یافتیم که به پردازش چربی مربوط می‌شوند؛ فرآیندی حیاتی در زمان کمبود غذا. این یافته می‌تواند به این معنا باشد که خرس‌های قطبی جنوب‌شرقی به‌تدریج در حال سازگار شدن با رژیم‌های غذایی خشن‌تر و گیاهی‌تری هستند که در مناطق گرم‌تر یافت می‌شود. در مقابل، جمعیت‌های شمالی خرس‌ها عمدتاً از فُک‌های پرچرب تغذیه می‌کنند.

در مجموع، تغییرات اقلیمی در حال دگرگون کردن زیستگاه‌های خرس‌های قطبی است و این دگرگونی‌ها با تغییرات ژنتیکی همراه شده‌اند. به نظر می‌رسد خرس‌های جنوب‌شرقی گرینلند در مسیر تکامل برای بقا در این زمین‌ها و رژیم‌های غذایی جدید قرار گرفته‌اند. پژوهش‌های آینده می‌توانند جمعیت‌های دیگر خرس‌های قطبی را که در اقلیم‌های دشوار زندگی می‌کنند نیز بررسی کنند.

درک این تغییرات ژنتیکی به پژوهشگران کمک می‌کند بفهمند خرس‌های قطبی چگونه ممکن است در جهانی گرم‌تر زنده بمانند — و کدام جمعیت‌ها بیش از همه در معرض خطر هستند.