Geny i mechanizmy inicjujące czas migracji u łososia atlantyckiego
Łosoś atlantycki wykorzystuje wewnętrzne „zegary” zsynchronizowane z długością godzin dziennych (fotoperiodem) przez cały rok, aby określić czas, gdy ma rozpocząć migrację. Gdy dni stają się dłuższe, młode osobniki (smolty) opuszczają rzeki i płyną do oceanu. Dorosłe ryby wracają do rzek, gdy dni zaczynają się skracać. W ostatnich kilkudziesięciu latach lat migracja do morza i z powrotem odbywa się kilka tygodni wcześniej, co jest zjawiskiem związanym ze zmianą klimatu. Chociaż genetyczne podstawy określania czasu migracji nie są jeszcze w pełni poznane, dowody sugerują, że ryby dostosowują się do wyższych temperatur wody i zmienionych reżimów przepływu. Przy wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (MSCA) zespół projektu SAL-MOVE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) badał genetyczne podstawy harmonogramów migracji, głównie u łososi północnoamerykańskich. Modele pozwoliły przewidzieć, które subpopulacje będą najbardziej narażone na spowodowane klimatem rozbieżności między wewnętrznymi i zewnętrznymi sygnałami.
Genetyczne czynniki migracji łososia
Zespół SAL-MOVE przyporządkował tysiące zarejestrowanych dat powrotu dorosłych łososi od lat 70. do dziś z danymi klimatycznymi i zbadał DNA w genomach około 300 osobników w 11 populacjach. „Bliższa analiza różnic genetycznych między populacjami z wcześniejszą lub późniejszą migracją wykazała, że czas migracji u dorosłych jest kształtowany przez wiele genów, w tym PPFIA2, oraz przez dużą rearanżację DNA”, wyjaśnia stypendystka programu MSCA Samantha Beck z University of the Highlands and Islands(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Analiza 60 000 markerów genetycznych u smoltów opuszczających europejskie rzeki ujawniła również gen czasu migracji u młodych łososi atlantyckich.
Genomika osobnicza wskazuje na istnienie nieznanego wcześniej „przełącznika” regulacyjnego
Zespół SAL-MOVE zsekwencjonował całe genomy dorosłych łososi i przyporządkował je do dokładnych dat powrotu ryb, ujawniając kluczowe informacje pomijane w badaniach populacyjnych. „Odkryliśmy, że odcinek DNA tuż przed genem PPFIA2 jest silnie powiązany z czasem migracji i może działać jako przełącznik regulacyjny wpływający na aktywność PPFIA2. Region ten może stanowić przydatny marker genetyczny, który można by monitorować w miarę ocieplania się rzek i oceanów”, mówi Beck. „Chociaż fotoperiod jest stały, ten niekodujący przełącznik genetyczny może regulować wrażliwość łososia na sygnały środowiskowe, co jest ciekawym kierunkiem przyszłych prac. Rozumiejąc, w jaki sposób ten przełącznik reaguje na zmianę klimatu i jak wpływa to na czas migracji w różnych populacjach, możemy lepiej przewidzieć, które grupy łososi mogą być bardziej odporne, a które mogą mieć trudności z dotrzymaniem kroku zmianie klimatu”, dodaje Beck. Co ciekawe, PPFIA2 jest również powiązany z czasem migracji u ptaków śpiewających, co sugeruje istnienie wysoce zachowawczego „genu czasu migracji” u kręgowców.
Modele uczenia maszynowego pozwalają wskazać na możliwe przyszłe scenariusze
„W oparciu o wyniki badań genetycznych i przyszłe scenariusze klimatyczne nasze modele uczenia maszynowego zasugerowały, że łososie w bardziej północnych rzekach jako pierwsze odkryją, że ich wbudowane kalendarze nie są zsynchronizowane ze zmianą klimatu. Ryby późno wypływające są najbardziej zagrożone, ponieważ ich harmonogramy genetyczne muszą się najbardziej zmieniać, aby dopasować się do szybko zmieniającego się klimatu”, mówi Beck. Rozwiązania takie jak przywrócenie naturalnych wzorców przepływu w rzekach w celu ułatwienia dostępu do tarlisk, sadzenie drzew wzdłuż brzegów rzek w celu utrzymania chłodniejszych wód i oczywiście zmniejszenie emisji CO2 mogą wspomagać migrację i wzrost populacji łososia. „Odkrycia te nie byłyby możliwe bez połączonego wsparcia, wiedzy i danych Victorii Pritchard (UHI), Iana Bradbury'ego z Departamentu Rybołówstwa i Oceanów (DFO), zespołu DFO oraz wielu innych naukowców i biologów rybołówstwa z całego zasięgu łososia atlantyckiego”, mówi Beck. Dzięki tej szeroko zakrojonej współpracy zespół wskazał kierunek określenia genetycznych podstaw czasu migracji łososia atlantyckiego, pokazując, w jaki sposób migracje niektórych populacji mogą być bardziej podatne na zmiany klimatu niż inne i zapewniając podstawę do monitorowania odporności.