Сравнительная физиология как «кристальный шар» для прогнозирования последствий изменения климата

Исследователи используют сравнительную физиологию, чтобы предсказать, как виды отреагируют на глобальное потепление. Этот подход, сравнивающий разные виды и популяции в различных условиях, помогает определить физиологические особенности, которые устанавливают оптимальные условия и пределы выносливости организмов. По словам Джорджа Н. Сомеро из Стэнфордского университета, это даёт научному сообществу инструмент для прогнозирования эффектов глобального потепления.

Термическая толерантность у крабов-фарфоровиков

Сравнительные исследования показали, что тропические виды крабов-фарфоровиков более терпимы к жаре, чем их умеренные собратья. Однако тропические крабы живут у самого края своего температурного диапазона и почти не способны к дальнейшей акклиматизации. Это делает их более уязвимыми к изменению климата, чем умеренные виды, у которых есть «запас» для адаптации. Выводы, полученные на морских крабах, применимы и к другим морским, и к наземным видам.

Роль белков в адаптации

Белки, определяющие структуру организмов и все метаболические реакции, крайне чувствительны к температуре. Их способность быстро эволюционировать критически важна для выживания вида. Сравнительные исследования показали, что для адаптации белка к новой температуре иногда достаточно замены всего одной аминокислоты. Теперь учёным предстоит выяснить, сколько белков потребует адаптации и насколько велик существующий адаптивный потенциал в природных популяциях.

Геномные исследования: сублетальный стресс и «генетические инструменты»

Использование ДНК-микрочипов позволяет сравнивать тысячи генов и определять, какие из них активируются при сублетальном температурном стрессе. Такой стресс, не убивающий организм, но вызывающий повреждения клеток, заставляет тратить энергию на ремонт, а не на рост и размножение.

Геномные сравнения также показывают, что долгая эволюция в стабильных условиях может лишить виды «инструментов» для адаптации к потеплению. Это особенно драматично для эктотермов Южного океана, которые развивались в крайне холодной и стабильной среде 10–15 миллионов лет. Гены, необходимые для выживания при повышении температуры, могли быть утеряны, что делает эти виды одними из самых уязвимых.

Вывод: Только изучая виды, адаптированные к разным температурам, можно понять механизмы, лежащие в основе температурной чувствительности, и спрогнозировать, как потепление изменит структуру экосистем, определив проигравшие и выигравшие виды.