Drzewo wszystko wyśpiewa

Nie będzie nas, będzie las. Czy to takie pewne? Naukowcy z Katedry Genetyki Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego chcą uprzedzić skutki zmian klimatycznych i znaleźć w drzewach geny, które pomogą im wygrać, m.in. z globalnym ociepleniem. Mają na to i czas, i pieniądze.

<!** Image 2 align=none alt="Image 193739" sub="Prof. Jarosław Burczyk. - Doświadczamy ocieplenia klimatu, ale jeszcze nie wiemy do końca, jak mocno wpłynie ono na nasze życie. Zmieni się temperatura i suma opadów. Będziemy także świadkami ekstremalnych zdarzeń atmosferycznych. [Fot. Tomasz Czachorowski]">W gabinecie prof. Jarosława Burczyka, dyrektora Instytutu Biologii Eksperymentalnej i kierownika Katedry Genetyki UKW w Bydgoszczy pierwsze, co się rzuca w oczy, to panorama zdjęć lasu z okolic Gór Świętokrzyskich, gdzie m.in. profesor prowadzi badania. Na półce obok jeszcze pachną dwa solidne krążki drewna modrzewiowego. Na ich przekroju widać linie przyrostu rocznego. Jedne szersze, drugie węższe. Są zapisem burzliwego niekiedy życia drzewa. Jak na jego żywot wpływają postępujące zmiany klimatyczne? Jak może się zmienić szata roślinna na Ziemi? Czy gatunki drzew leśnych zdążą się przygotować do klimatycznej rewolucji? <!** reklama>

Geny na wojnie

Te pytania nie od dziś nurtują genetyków, szczególnie w kontekście postępującego ocieplenia klimatu. Naukowcy z Katedry Genetyki dostali właśnie pieniądze od Narodowego Centrum Nauki. Mają pięć lat i bez mała trzy miliony złotych na zgłębienie problemu adaptacji drzew do nowych warunków klimatycznych. Przeprowadzą tzw. badania podstawowe.

- Pisząc wniosek na konkurs, obszernie uzasadniałem, że proponowane przez nas badania mają charakter pionierski, że mają one uzupełnić zasób światowej wiedzy genetycznej. Nie szukamy korzyści ekonomicznej, ale sposobu na rozwiązanie naukowego globalnego problemu. Z czasem, jak to bywa z wieloma odkryciami, okaże się, że nasza praca przyniesie korzyść wielowymiarową - dyrektor instytutu jest tego pewien.

Temat projektu, który uzyskał dofinansowanie w ramach konkursu „Maestro”, to: „Genomika adaptacji u dębu i buka jako modelowych gatunków drzew leśnych”. Brzmi skomplikowanie i faktycznie projekt jest skomplikowany. Profesor Burczyk próbuje temat nieco uprościć: - Wiemy już, że spodziewane zmiany globalne klimatu negatywnie wpłyną na wiele gatunków drzew leśnych. Niestety, mamy jeszcze za mało danych o genetycznych i genomowych uwarunkowaniach procesu adaptacji, by przewidzieć reakcje drzew na nowe warunki życia. O wszystkim zaważy fenologia rozwoju wiosennego.

Fenologia bada związki między zmianami warunków klimatycznych i pór roku, a terminami zachodzenia takich zjawisk jak kiełkowanie, kwitnienie, owocowanie, zrzucanie liści u roślin, zapadanie w sen zimowy. Dlaczego jest tak istotna?

- Bo moment rozwoju liści jest ważną cechą adaptacyjną - wyjaśnia prof. Burczyk. - Inaczej kształtuje się ona na północy, a inaczej na południu kontynentu. Drzewa sprowadzone z Włoch czy ze Szwecji, a posadzone w Polsce, będą niedostosowane do warunków klimatycznych panujących u nas. W nieodpowiednim momencie rozpoczną rozwój liści. A wyobraźmy sobie, że przeniesiemy nie drzewa, tylko klimat&

Wynika z tego, że roślina nie może zbyt wcześnie wypuścić liści. Czeka więc, aż miną przymrozki, ale nie może czekać za długo, bo straci cenny czas na wegetację, a jesienią musi też zawiązać pąki spoczynkowe na przyszły rok. Im krótszy okres wegetacyjny, tym roślina będzie mniej konkurencyjna w stosunku do innych osobników. Co te procesy oznaczają dla naukowca?

- Chcemy dobrze poznać mechanizmy decydujące o rozpoczęciu wegetacji drzew, ale od strony genetycznej i genomowej. Za ten proces odpowiada przypuszczalnie od kilkudziesięciu do kilkuset genów. Zamierzamy znaleźć kilka tych najważniejszych, a jak już je znajdziemy, zajmiemy się badaniem ich zmienności, także w ujęciu geograficznym, strefowym, klimatycznym, wreszcie powiążemy tę zmienność z fenologią.

Wróćmy do problemu ocieplenia klimatu. Wielu specjalistów spiera się, czy tak popularne, zwłaszcza w mediach, zjawisko, istnieje.

Zielona emigracja

Profesor Burczyk rozwiewa te wątpliwości. - Doświadczamy ocieplenia klimatu, ale jeszcze nie wiemy do końca, jak mocno wpłynie ono na nasze życie. Zmieni się temperatura i suma opadów. Będziemy także świadkami ekstremalnych zdarzeń atmosferycznych.

Co z szatą roślinną na Ziemi? Pewne populacje zaczną migrować na północ kontynentu, bo tam przesuną się ich optima klimatyczne. Duże tempo przeobrażeń może jednak sprawić, że migracje skończą się zniknięciem wielu cennych gatunków drzew leśnych.

Ratunkiem są banki nasion, zwane bankami genów, albo przesadzanie, przenoszenie drzew w inne rejony kontynentu. - To jednak też nie gwarantuje sukcesu, bo przecież nie wiemy do końca, jak przekształci się klimat - zauważa profesor. - Nie ma też pewności, czy obecnie sadzone lasy poradzą sobie z nową rzeczywistością. Pewnym zabezpieczeniem jest więc utrzymanie wysokiego poziomu zmienności genetycznej populacji, w nadziei, że znajdą się geny umożliwiające adaptację. Szukamy sposobów na zbadanie tej zmienności i zrozumienie mechanizmów o niej decydujących.

Zamieszanie mile widziane

Jak naukowcy radzą sobie z badaniem i opisywaniem zmienności genów w lesie, który mając często kilkaset lat udowodnił, że jest odporny na różne wahania klimatyczne?

- Wiek lasu i jego długi czas wzrostu i pomaga, i przeszkadza zarazem - uważa profesor Burczyk. - W starym lesie mamy drzewa, które przeżyły niejeden przymrozek i pokazują nam, że świetnie się zaadaptowały do lokalnych warunków. Ale średni czas wymiany pokoleń u drzew jest długi (trwa kilkadziesiąt lat), co sprawia, że proces adaptacji, choć krótki, bo liczony w jednostkach pokoleń (2-3), potrwa kilkadziesiąt lub nawet kilkaset lat! Z kolei im częściej dochodzi do wymieszania się genów, tym większa szansa na nową, być może lepszą jakość materiału genetycznego.

O sukcesie badań decyduje odpowiedni wybór populacji, drzewostanów. Potem najważniejsze jest wyodrębnienie, najczęściej z liści, DNA. W pobranym materiale naukowcy szukają interesujących ich obszarów genomu. Czasami są to określone geny, a czasami fragmenty DNA niepowiązane z genami, czyli tzw. markery genetyczne.

Analiza rodzicielstwa

- Markery DNA to coś w rodzaju genetycznych odcisków palców. Na ich podstawie określamy genotyp (wzorzec) charakterystyczny dla konkretnego osobnika lub całej populacji - streszcza laboratoryjne tajniki profesor.

Znając genotypy drzew można w lesie wskazać osobnika, z którego pobrano próbkę do badania. Idąc dalej, można prowadzić analizy rodzicielstwa, w podobny sposób jak kiedyś analizowano ojcostwo w oparciu o grupy krwi u ludzi.

- Porównujemy zmienność genetyczną w różnych populacjach i procesy, które na nią wpływają - dodaje profesor. - U roślin wiatropylnych, w szczególności u drzew, pyłek może pochodzić z odległych populacji, przynosząc nowe geny ułatwiające adaptację przyszłych pokoleń. Być może daleki przepływ genów jest naturalnym mechanizmem obronnym wielu gatunków, zwiększającym ich szansę przetrwania. Intensywność i skala tego zjawiska jest dla nas wciąż, niestety, nieznana...

Warto wiedzieć

Naukowo w pracy, naukowo w rodzinie

Prof. Jarosław Burczyk jest dyrektorem Instytutu Biologii Eksperymentalnej Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy i kierownikiem Katedry Genetyki. Ma 48 lat. Kierownik lub wykonawca ponad 25 projektów badawczych, w tym dwóch międzynarodowych w ramach Programów Ramowych UE (jedynych na uczelni).

Jego zespół otrzymał w ciągu ostatnich lat, ok. 4 mln zł dotacji na badania, nie licząc ostatniego grantu „Maestro” - ok. 3 mln zł.

Mąż Grażyny, nauczycielki biologii, tata Radosława, studenta medycyny i Rafała, gimnazjalisty. Członkiem rodziny jest też yorkshire terrier o imieniu Morgan.