Adaptacje fenotypowe i genetyczne dwóch podgatunków łasicy do odmiennych warunków klimatycznych

Projekt NCN 2013/11/B/NZ8/00887 finansowany przez Narodowe Centrum Nauki

Czas trwania projektu: 2014-2017

Kierownik projektu: dr hab. Karol Zub (IBS PAN)

Cel badań

Celem planowanych badań będzie stwierdzenie jak zróżnicowanie cech morfologicznych (brak lub obecność białego ubarwienia zimowego), fizjologicznych (tempo metabolizmu, termoregulacja) i behawioralnych (zachowanie w warunkach obecności lub braku pokrywy śnieżnej) oraz związane z nimi zróżnicowanie genetyczne, wpływają na dostosowanie osobników łasicy Mustela nivalis. W Polsce występują dwa podgatunki łasicy, które różnią się obecnością (M. n. nivalis) lub brakiem (M. n. vulgaris) białego ubarwienia w okresie zimowym. Mogą one występować na tym samym obszarze, m. in. w Puszczy Białowieskiej, jednak udział każdego z podgatunków w populacji zmienia w kolejnych latach oraz jest zróżnicowany przestrzennie. Ze względu na małe rozmiary ciała łasice są wyjątkowo narażone na ataki innych drapieżników a ubarwienie ochronne może różnicować śmiertelność. Stąd też niedopasowanie między barwą podłoża i ubarwieniem może być ważnym czynnikiem działania doboru naturalnego u łasic. Podstawowa hipoteza jaką chcemy testować w naszych badaniach mówi, że jeżeli możliwość zmiany ubarwienia ma znaczenie adaptatywne, to istnieje związek między śmiertelnością (miara dostosowania) a genami (allelami) warunkującymi białe ubarwienie zimowe. W zależności od aktualnych warunków pogodowych (temperatura, długość zalegania pokrywy śnieżnej) dobór powinien faworyzować tylko jeden z podgatunków łasicy. Hipoteza alternatywna mówi, że dobór naturalny nie działa bezpośrednio na ubarwienie, ale na inne cechy związane z określonym fenotypem, np. tempo metabolizmu spoczynkowego (RMR), termoregulację (możliwość rozpraszania ciepła latem lub możliwość obniżania temperatury ciała zimą) lub zachowanie (zmiana okresu aktywności, unikanie określonego rodzaju podłoża).

Metody badawcze

Badania będą prowadzone zarówno na poziomie molekularnym (analizowane będą różnice w budowie lub ekspresji genów kodujących receptory melatoniny oraz polimorfizm genów kodujących receptor MC1R), osobniczym (analiza zróżnicowania spoczynkowego tempa metabolizmu - RMR oraz zakresu zmian temperatury ciała) oraz populacyjnym (analiza śmiertelności obu podgatunków łasic w warunkach terenowych, z wykorzystaniem odłowów znakowanych osobników oraz foto-pułapek). Ponadto w celu określenia zależności pomiędzy poziomem drapieżnictwa a typem ubarwienia chcemy wykorzystać ruchome „modele" łasic o barwie brązowej i białej, umieszczane na różnym podłożu (kontrastowym i zgodnym z ubarwieniem modelu). Obok modeli zostaną zainstalowane foto-pułapki, dzięki czemu będzie możliwe określenie liczby ataków drapieżników. W warunkach kontrolowanych (woliery) chcemy również przeprowadzić obserwacje behawioralne, dotyczące reakcji osobników o różnym ubarwieniu na barwę podłoża (zmiana okresy i trwania aktywności, wykorzystanie ukryć).

Znaczenie naukowe projektu

W ostatnich latach prace badawcze dotyczące adaptacji ssaków do zmieniających się warunków środowiskowych zyskują na znaczeniu m. in. ze względu na relatywnie szybkie zmiany klimatu. Coraz liczniejsze przykłady wskazują, że zakres zmienności cech fenotypowych oraz związanej z nimi zmienności genetycznej w naturalnych populacjach jest wystarczająco duży, aby umożliwić szybkie przystosowanie się do zmieniających się warunków klimatycznych. Z drugiej jednak strony wartość adaptacyjna określonych cech fenotypowych oraz związanej z nimi struktury genetycznej jest bardzo słabo poznana, szczególnie w warunkach naturalnych. Planowane badania pozwolą na określenie jak warunki środowiskowe wpływają na dostosowanie osobników o określonych cechach fenotypowych oraz jakie jest podłoże genetyczne tych cech. Szukanie powiązań adaptacji na poziomie fenotypowym i genetycznym stanowią obecnie główny nurt badań dotyczących działania doboru naturalnego. Ponadto wyniki naszych badań pozwolą na zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za aktualne rozmieszczenie różnych gatunków ssaków oraz prognozowanie dotyczące zmian zasięgu tych gatunków.