La capacitat d'adaptació de les espècies vulnerables al canvi climàtic als ecosistemes mediterranis (THERMADAPT)

La biodiversitat té un paper crucial en les funcions i estabilitat dels ecosistemes. En aquest context, un dels reptes més grans de la comunitat científica és comprendre com la biodiversitat enfrontarà els canvis de les condicions ambientals causades per l'actual canvi climàtic. Diversos models climàtics predictius suggereixen que la regió mediterrània serà una de les zones més afectades per l'escalfament climàtic i les sequeres perllongades, amb efectes importants en els ecosistemes tant terrestres com aquàtics. Ara és un bon moment per avaluar el potencial adaptatiu de les espècies mediterrànies i aportar llum sobre els mecanismes subjacents a l'adaptació tèrmica local en diferents ecosistemes. 

El projecte ThermAdapt ha tingut com a objectiu avaluar les respostes d'adaptació tèrmica a l'escalfament pel patge de copa Coenagrion puella (Odonata) i la garota de roca Paracentrotus lividus (Echinoidea). El projecte liderat per Cesc Múrria del Laboratori Macro&Evo en el grup Sistemàtica i Evolució Zoològica (ZooSysEvo) i Cinta Pegueroles del Grup de Genètica Evolutiva, del Institut de Recerca de la Biodiversitat-IRBio, de la Universitat de Barcelona. També van treballar amb Alba Julià i Carla Fernández, tots dos estudiants de màster de la Universitat de Barcelona. Durant aquest projecte interdisciplinar van col·laborar amb la Dra. Marta Pascual i el Dr. Carlos Carreras, genetistes especialitzats en la diversitat de genètica d'organismes marins del Grup de Genètica Evolutiva, IRBio, Universitat de Barcelona. Finalment, van treballar amb Xavier Maynou i Ricard Martín, especialistes en biologia, ecologia i taxonomia d'Odonats i membres del Grup Català per a l'estudi dels Odonats dins l'Institut Català d'Història Natural (Oxygastra-ICHN). ThermAdapt va ser finançat pel programa de Promoció de la Recerca de l'IRBio 2021 (PR_IRBio-2021). 

Les espècies mostren certa resiliència als canvis de temperatura davant del canvi climàtic 

ThermAdapt realitza anàlisis de transcriptoma comparada d'alt rendiment en dues espècies, C. puella i P. lividus, que resideixen en ecosistemes d'aigua dolça i marins, respectivament. Es preveu que aquestes espècies s’enfrontin a impactes significatius de l’augment de la temperatura a causa del canvi climàtic, per això la necessitat que el projecte avaluï la plasticitat fenotípica d’aquestes espècies davant canvis de temperatura ambiental. 

Per a C. puella, 24 individus de poblacions càlides (305 msnm; riera de Sanana, Sant Llorenç del Munt) i fredes (1615 msnm, Peguera, Berguedà) van ser sotmesos a experiments de xoc tèrmic al laboratori amb temperatures controlades després d'un curt període d'aclimatació. Els individus de les dues poblacions van ser separats en grups i sotmesos a tres temperatures: Freda (4°C), Calenta (22°C) i Control (13°C). Després de l'assemblatge del transcriptoma de novo, es va quantificar l'expressió gènica i es van examinar els gens expressats diferencialment entre els tractaments. Els resultats indiquen que les respostes són més complexes per regular l'expressió genètica en condicions de fred que de calor. La majoria dels gens funcionalment anotats estaven associats amb processos biològics (regulació de processos cel·lulars i metabòlics, poliadenilació d'ARN i resposta a l'estímul). La resposta va ser similar per a les poblacions càlides i fredes, probablement a causa de mecanismes comuns entre les poblacions, i recolza una alta plasticitat fenotípica per a C. puella. 

Per a P. lividus, 24 individus de dues poblacions amb diferents règims de temperatura (Colera i El Perelló, sent les poblacions freda i calenta respectivament) van ser sotmesos a canvis de temperatures severs: freda, control i calenta (7°C, 14°C i 20°C respectivament) en un experiment controlat al laboratori. En comparar els patrons d’expressió genètica entre tractaments i poblacions, es va determinar que P. lividus respon de manera diferent segons les condicions tèrmiques exposades. Aquests gens expressats diferencialment estan associats amb una varietat de funcions que inclouen mecanismes defensius i regulació de processos apoptòtics. El baix percentatge de gens expressats compartits entre els tractaments amb fred i calor (1%), juntament amb la funcionalitat, suggereix que les respostes a cada estrès tèrmic són mecanismes independents. És important destacar que les respostes registrades van ser similars per a les poblacions fredes i calentes, cosa que suggereix mecanismes de resposta paral·lels al llarg de l'escala espacial estudiada. 

Aquesta investigació aporta llum sobre les capacitats d'adaptació d'aquestes espècies al canvi climàtic a la regió Mediterrània, emfatitzant la seva resiliència davant els canvis de temperatura provocats pel canvi climàtic. Tot i que els individus d'aigua dolça i marins estudiats provenen de poblacions càlides, tots es van comportar de manera similar a l'estrès tèrmic sever, cosa que indica una alta plasticitat per enfrontar l'escalfament climàtic. Per tant, ThermAdapt revela que totes dues espècies són potencialment capaces de tolerar l'augment de la temperatura; no obstant això, el canvi global pot afectar les espècies d'aigua dolça mitjançant la pèrdua d'hàbitat si els rierols on habita s'assequen durant esdeveniments de calor extrema.