Bisakah Warblers Kuning Beradaptasi dengan Iklim yang Lebih Hangat?


Getty Images Esai berikut dicetak ulang dengan izin dari The Conversation, sebuah publikasi online yang membahas penelitian terbaru. Banyak hewan memiliki adaptasi yang membantu mereka mengatasi lingkungan atau gaya hidup tertentu. Ikan Antartika menghasilkan protein antibeku yang mencegah darahnya membeku pada suhu di bawah nol

Getty Images

Esai berikut dicetak ulang dengan izin dari The Conversation, sebuah publikasi online yang membahas penelitian terbaru.

Banyak hewan memiliki adaptasi yang membantu mereka mengatasi lingkungan atau gaya hidup tertentu. Ikan Antartika menghasilkan protein antibeku yang mencegah darahnya membeku pada suhu di bawah nol. Beberapa tikus gurun bertahan hidup tanpa pernah minum setetes air. Manusia yang hidup di dataran tinggi memiliki adaptasi khusus untuk mengatasi konsentrasi oksigen yang rendah.

Adaptasi khusus ini dikodekan dalam genom dan diturunkan dari generasi ke generasi. Informasi ini dapat membantu para ilmuwan memproyeksikan ke masa depan juga: Membaca gen hewan dapat membantu kita mengantisipasi jika, dan bagaimana, suatu organisme dapat beradaptasi dengan perubahan cepat di lingkungan mereka, seperti yang disebabkan oleh perubahan iklim. Memahami kerentanan iklim pada tingkat DNA hewan dapat mengungkapkan populasi dan spesies mana yang lebih berisiko, memungkinkan kita untuk mencocokkan upaya konservasi dengan spesies berisiko dan skenario iklim yang diharapkan.

Saya bekerja dengan sekelompok ahli biologi yang terkait dengan Proyek Genoscape Burung yang peduli dengan dampak perubahan iklim. Kami memutuskan untuk menyelidiki pertanyaan ini menggunakan warbler kuning. Burung-burung yang bermigrasi ini ditemukan di sebagian besar Kanada dan AS selama musim panas, menghuni lingkungan yang berkisar dari Lembah Tengah California yang panas dan kering hingga Pacific Northwest yang sejuk dan lembab. Jika Anda tinggal di Amerika Utara, mungkin ada warbler kuning di dekatnya.

Membaca DNA warbler kuning

Penelitian genomik seperti ini adalah permainan jumlah besar. Pertama, kami membutuhkan banyak sampel dari seluruh benua. Untungnya, kami mendapat banyak bantuan. Stasiun pemantauan burung mengumpulkan sampel darah burung kuning untuk kami, museum mengirimi kami sampel, dan ilmuwan lain menggali DNA yang ada di freezer mereka dari studi sebelumnya. Ketika semua dikatakan dan dilakukan, kami memiliki koleksi besar sampel darah dan bulu dari burung hidup serta sampel jaringan dari burung museum.

Setelah kami mendapatkan DNA dari semua sampel ini — sekitar 250 burung dari lebih dari 20 lokasi di seluruh AS dan Kanada — kami merangkai genom untuk setiap warbler kuning. Ini menghasilkan sekitar 350 miliar pasangan basa DNA — unit kimia DNA yang menyusun kode genetik. Dengan menggunakan algoritma komputer, kami membandingkan 250 genom ini dan menyelidiki bagian genom mana yang berbeda pada burung dari wilayah iklim yang berbeda.

Kami tidak benar-benar tahu bagian genom mana, jika ada, yang akan menunjukkan tanda-tanda adaptasi iklim — jadi kami tidak memilih untuk memeriksa gen tertentu. Sebaliknya, kami melihat banyak wilayah acak genom, lebih dari 100.000 total. Kami membandingkan variasi pada masing-masing daerah genom dengan parameter lingkungan yang berbeda terkait dengan pengukuran suhu, curah hujan dan vegetasi di lokasi burung sampel.

Kami menemukan bahwa dari variabel lingkungan ini, curah hujan adalah yang paling kuat berkorelasi dengan variasi genetik. Ketika kami memeriksa wilayah genome warbler kuning di semua sampel kami, kami menemukan bahwa beberapa gen tampak berbeda pada burung dari daerah hujan bila dibandingkan dengan gen yang sama pada burung yang hidup di zona kering.

Dengan kata lain, gen yang sama dalam warbler kuning dari tempat-tempat paling kering di negara itu memiliki urutan DNA yang sedikit berbeda dibandingkan pada burung dari tempat yang sangat basah. Ini menunjukkan ada varian genetik ideal yang cocok dengan lingkungan - burung-burung ini telah beradaptasi dengan iklim setempat.

Tetapi jika burung disesuaikan dengan iklim mereka saat ini, apa yang akan terjadi di tahun-tahun mendatang ketika iklim berubah?

Banyak wilayah di AS diprediksi akan menjadi lebih hangat dan kering selama abad berikutnya. Karena kami sekarang memiliki gagasan tentang varian genetik mana yang ideal untuk setiap iklim, kami dapat menghitung berapa banyak urutan genom populasi warbler kuning harus berubah selama 50 tahun ke depan untuk mencocokkan profil genetik warbler kuning yang disesuaikan dengan kondisi masa depan. Kita dapat memperkirakan, misalnya, berapa banyak burung yang perlu beradaptasi dengan suhu yang lebih hangat di masa depan berdasarkan profil genom burung warbler kuning yang sekarang hidup di bagian yang lebih hangat di negara itu.

Kami menggunakan algoritma yang menggabungkan data dari seluruh 100.000 wilayah genom dengan data yang tersedia untuk umum tentang 25 variabel iklim yang berbeda, baik untuk iklim saat ini dan yang diproyeksikan di masa depan. Ketika angkanya berderak, kami memperkirakan skor yang mencerminkan seberapa banyak DNA suatu populasi perlu diubah agar populasi itu beradaptasi dengan perubahan iklim di masa depan. Kami menyebutnya "kerentanan genomik" dari populasi burung kuning yang berbeda.

Populasi mungkin sudah terancam oleh perubahan iklim

Beberapa daerah, seperti Pegunungan Rocky, menunjukkan tingkat kerentanan genomik yang sangat tinggi, menunjukkan bahwa warbler kuning di wilayah ini akan membutuhkan banyak perubahan dalam genomnya untuk mengikuti perubahan iklim. Sementara itu, warbler dari daerah lain, seperti Midwest, memiliki kerentanan genomik yang rendah — burung-burung ini kurang berisiko. Perbedaan dalam kerentanan genomik dalam rentang tersebut adalah karena variasi dalam pola perubahan iklim yang diproyeksikan; beberapa daerah diharapkan menjadi lebih panas dan lebih kering sementara daerah lain mungkin benar-benar menjadi lebih basah dan lebih dingin.

Mungkin penemuan kami yang paling mengejutkan muncul ketika kami membandingkan kerentanan genom dengan perubahan populasi burung kuning selama 50 tahun terakhir. Di daerah seperti bagian California dan Pegunungan Rocky, yang memiliki kerentanan genomik tertinggi, populasi warbler kuning telah menurun. Ini bisa berarti bahwa perubahan iklim telah mempengaruhi populasi-populasi ini, dan efek-efek itu kemungkinan akan menjadi lebih parah selama abad berikutnya.

Meskipun kami menemukan perbedaan genetik antara burung yang menghuni iklim yang berbeda, kami masih belum memiliki gagasan yang baik tentang apa arti perbedaan genetik ini. Mungkin burung dari daerah yang lebih kering diadaptasi untuk mengambil keuntungan dari berbagai sumber makanan dari yang hidup di daerah yang lebih basah. Mungkin burung mengatur migrasi mereka untuk mencocokkan berbagai jenis vegetasi di berbagai daerah. Hanya studi lanjutan yang dapat memberi tahu kami bagaimana burung beradaptasi dengan iklim yang berbeda.

Warbler kuning jelas bukan satu-satunya spesies yang terpengaruh oleh perubahan iklim. Melalui Bird Genoscape Project, kami bekerja untuk membuat peta kerentanan genom di sejumlah burung Amerika Utara. Kami juga berharap bahwa kerangka kerja ini akan digunakan untuk jenis satwa liar lainnya juga, bukan hanya burung.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation. Baca artikel aslinya.

Gletser Greenland Yang Stabil Sekali Wajah Meleleh dengan CepatBisakah Microgrid Melindungi Pasukan AS di Afghanistan?Berita dari Down UnderPakta Perdagangan Pasifik Akan Berarti Harga Obat Tinggi, Laporan BerkataCicadas yang berkeliaran di Pantai Timur AS adalah Veteran Perubahan IklimBiner Lubang Hitam Raksasa Terlihat di Galaxy's CoreBanyaknya Planet: Pencarian Galactic Menemukan Planet Terbuka Lebih Biasa Daripada BintangObrolan langsung pada jam 1 siang EDT tentang Reformasi Perawatan Kesehatan dan Keputusan Mahkamah Agung