Tajemství tibetských horkých jarních hadů odhaleno | Věda

Jia-Tang Li z první ruky ví, jak těžký může být život na tibetské plošině. Vzduch ve výšce 4500 metrů je tak řídký, že jen pár kroků vyrazí dech. Navzdory třeskuté zimě je slunce dostatečně intenzivní, aby rychle spálilo pokožku. Přesto malí šedohnědí hadi, které tento herpetolog studuje v Chengdu Institute of Biology při Čínské akademii věd, prosperují v severních oblastech náhorní plošiny po miliony let. Tibetský horký jarní had, Thermophis baileyiudržuje před mrazem k smrti tím, že se poflakuje kolem geotermálních bazénů v regionu, hoduje na žábách a malých rybách, které tam žijí.

Nyní pokroky v sekvenování genomu dávají Li a dalším podrobnější pohled na to, jak se had přizpůsobil svému extrémnímu prostředí. V nedávné práci jeho tým určil genetické adaptace, které mohou hadovi pomoci najít vody, které jsou dostatečně teplé a odolávají nízkému obsahu kyslíku a intenzivnímu Slunci. Liův tým také zrekonstruoval evoluční historii hada, práci, která by mohla vést k úsilí o záchranu těchto plazů, když čelí stále větším hrozbám ze strany lidí.

“Toto je docela extrémní místo pro život hadů,” říká Sara Ruane, herpetoložka z Field Museum. Práce „jen ukazuje, jak jsou hadi přizpůsobiví“. Alex Pyron, herpetolog a evoluční biolog z Univerzity George Washingtona, říká: „U plazů obecně předpokládáme, že pokud bude příliš chladno, nebudou tam žádní hadi ani ještěrky. Ne tak skoro, říká Thermophis!“

Přestože Tibetská náhorní plošina má více než 100 druhů hadů, T. baileyi je jediný, který žije ve výšce asi 4500 metrů. Dva další vřídelní hadi, sečuánský vřídelní had a vřídelní had Shangri-La, žijí v nižších nadmořských výškách a jsou méně závislí na horkých pramenech, říká Song Huang, herpetolog z Anhui Normal University. Jiní hadi, včetně zmije pitné, existují ještě výše, „ale hlavní rozdíl je v tom, že se vyskytují převážně v nižších nadmořských výškách,“ říká Anita.
Malhotra, herpetolog a molekulární ekolog na Bangor University.

U hadů: “Venkovní teplota má velký vliv na tělesnou teplotu,” říká Justin Bernstein, který studuje evoluci hadů na University of Kansas, Lawrence. Aby vydrželi teploty vzduchu, které mohou klesnout pod –20 °C, hadi číhají poblíž okrajů geotermálních tůní dosahujících 40 °C a hibernují. Ale teplo přináší své vlastní výzvy. „Být horkým hadem ve vysoké nadmořské výšce je fyziologicky náročné,“ říká Raymond Huey, fyziologický ekolog z Washingtonské univerzity v Seattlu, protože teplo zvyšuje potřebu hadů po vzácném kyslíku.

Mezi lety 2015 a 2018 vedl Li týmy na plošinu, aby zachytily hady a odebraly krev nebo malé kousky tkáně ze špičky ocasu pro sekvenační studie. Protože hadi jsou vzácní a typicky aktivní pouze mezi 11:00 a 15:00 – pokud je Slunce venku –, výzkumníci by mohli vydržet celé dny, aniž by jednoho viděli, vzpomíná Li. Jejich počáteční, neúplný genom, publikovaný v roce 2018, odhalil mutace v genech, které zlepšují dýchání, zefektivňují červené krvinky a posilují srdce – změny, které mohou hadům pomoci vyrovnat se s nedostatkem kyslíku. Některé ze stejných genů se také změnily u jaků, piků, sýkorek a dalších druhů, které žijí ve vysokých nadmořských výškách, i když různými způsoby, uvedl později on a jeho kolegové.

Tato studie také identifikovala genetické změny v reakci na intenzivní sluneční záření na náhorní plošině, včetně modifikací genů, jejichž proteiny pomáhají opravovat DNA poškozenou ultrafialovým zářením. Novější práce, hlášené 3. září v The International Journal of Molecular Sciencesstaví na těchto zjištěních tím, že ukazuje alespoň dva z těchto genů –ERCC6 jiný MSH2— jsou také pozměněny u ještěra žijícího na Tibetské náhorní plošině a dalších vysokohorských zvířat. „Zdá se, že existuje velmi předvídatelná podskupina genů… zapojená do adaptace na vysokou nadmořskou výšku,“ říká Todd Castoe, evoluční biolog z University of Texas v Arlingtonu.

Kompletnější genom zveřejněný 1. srpna v inovace ukazuje, jak se hadi vyrovnávají s další výzvou: najít místa ke koupání, která jsou pohodlná, ale ne příliš horká. Liův tým porovnával geny zapojené do snímání teploty u hadů z horkých pramenů a dalších organismů, včetně hadů, jako jsou chřestýši a krajty, které loví pomocí snímání tepla. Zjistili, že gen tzv TRPA1 je zmutován jak na horké prameny, tak na hady citlivé na teplo.

TRPA1 kóduje iontový kanál, který se otevírá a zavírá v reakci na změny teploty a spouští kaskádu signálů, které lze přenést do mozku nebo do jiných částí hadího těla. U chřestýšů a krajt se mění na TRPA1 snížit aktivační teplotu kanálu a zlepšit tak schopnost hadů detekovat teplou kořist. U hadů z horkých pramenů, biochemické testy odhalené Liovou skupinou, různé změny proteinu zajišťují velmi rychlé a úplné otevření kanálu.

Co to znamená pro hada, není zatím jasné, ale Li má podezření, že změny by mu mohly pomoci orientovat se směrem k teplu. V behaviorálních experimentech uvedených v novém článku jeho skupina zjistila, že když si mohli vybrat mezi studenou a teplou skálou, hadi z horkého jara si vybírali teplou skálu častěji a rychleji než dva jiné druhy hadů, které nežijí vysoká nadmořská výška.

“Tito hadi pravděpodobně kráčí po opravdu tenké hranici mezi nezmrznutím a neuvařením,” zdůrazňuje Castoe. Zdá se, že hrozba opaření formovala další geny: Liova skupina zjistila, že proteiny tepelného šoku, které opravují proteiny poškozené teplem, prošly u hadů z horkého jara zrychleným vývojem.

Klimatické dějiny také zanechaly stopy v DNA hadů. Liův tým sekvenoval genomy 58 tibetských hadů z horkého jara sesbíraných na 15 místech o rozloze asi 500 kilometrů. Rozdíly v DNA ukázaly na tři odlišné populace, které se zhruba shodovaly se třemi geotermálními oblastmi napříč severní plošinou. Vzor je dílem minulých dob ledových, tvrdí Li a kolegové ve vydání ze 7. září Molekulární ekologie. Nejzápadnější skupina se oddělila od zbytku druhu během hlavní doby ledové před půl až tři čtvrtě miliónem let; pak se střední a východní populace před 300 000 lety rozdělily, když další doba ledová vytvořila novou bariéru chladu a izolovala každou skupinu nebo hady v blízkosti jejích horkých pramenů. “Termální prameny jim umožnily překonat doby ledové,” říká Ruane.

Izolace také vedla k jedinečným adaptacím v každé skupině. Například několik genů pro zpracování selenu a pro metabolizaci síry se rychle vyvinulo v západní skupině, pravděpodobně kvůli specifické chemii tamních horkých pramenů, navrhuje Li.

I když se tyto tři skupiny příležitostně mísí, jsou natolik jedinečné, že „každou bych považoval za druh,“ říká Frank Burbrink, herpetolog z Amerického muzea přírodní historie. (Li a Ruane nejsou přesvědčeni, že jsou tak odlišní.) Každý z nich, myslí si Burbrink, musí být konzervován odděleně.

Přesto populace klesá. “Lidské aktivity vážně ovlivnily přežití tibetských hadů z horkých pramenů,” říká Huang, který spolupracoval s Li na Molekulární ekologie papír. Na některých místech stavba zničila doupata, kde tito plazi zimují. Na jiných místech rozvoj zničil mokřady, které fungují jako školky pro nově vylíhlé hady. Huang a kolegové doufají, že v květnu 2023 začnou budovat umělá doupata pro hady, obnoví mokřady a oplotí lidi z těchto citlivých míst.

Zdá se, že hadi jsou dokonale přizpůsobeni drsné přírodě – ale ne tlakům, které přinášejí lidé.

Leave a Reply

Your email address will not be published.