Apakah kayu berwarna merah muda memberikan formula untuk bertahan dari perubahan iklim?

Tanaman pegunungan dapat menjadi kunci kelangsungan hidupnya di iklim yang terus memanas. para peneliti telah mengidentifikasi asal usul dua varian gen purba tertentu pada tanaman yang mengontrol waktu berbunga.

Iklim memanas semakin cepat, terutama di Pegunungan Alpen, sehingga menimbulkan tantangan bagi organisme. Jika mereka tidak menyebar ke tempat yang lebih tinggi, mereka harus segera beradaptasi dengan suhu yang lebih tinggi di habitat mereka saat ini, jika tidak, populasi mereka akan menyusut dan akhirnya punah.

Kayu berwarna merah muda (Dianthus sylvestris) memberikan contoh adaptasi iklim. Ini adalah tanaman tahunan yang tersebar luas di Pegunungan Alpen, menempati ketinggian antara 800 dan 2.400 meter. Meskipun ada kesamaan antara tanaman di dataran tinggi dan tanaman di daerah dataran rendah, perbedaan antara keduanya telah berkembang seiring berjalannya waktu.

Karakteristik utamanya adalah waktu berbunga: di dataran tinggi, kayu berwarna merah muda berbunga segera setelah salju mencair di bulan Juni. Di dataran rendah, tanaman mulai berbunga pada bulan Mei, namun musim tanam di dataran rendah sudah dimulai jauh lebih awal. Sebagai adaptasi terhadap kondisi dataran rendah yang lebih hangat, kayu berwarna merah muda yang tumbuh di lembah cenderung berkembang terlambat.

Sepuluh tahun yang lalu, Simone Fior dan peneliti lain yang bekerja sama dengan Alex Widmer dari Institute of Integrative Biology di ETH Zurich mulai menyelidiki bagaimana kayu merah muda secara genetis beradaptasi dengan perubahan iklim sebelumnya, dan apa dampaknya terhadap reaksinya terhadap perubahan iklim saat ini. Studi tersebut baru saja dipublikasikan di jurnal Science.

Berbunga lebih awal untuk menghasilkan biji

Dalam studi mereka, para peneliti memeriksa tiga populasi kayu berwarna merah muda dari daerah lembah dan tiga dari daerah pegunungan di wilayah Valais, Swiss. Mereka juga menganalisis gen spesifik dari 1.000 individu di seluruh spesies, serta melakukan eksperimen transplantasi.

“Kayu berwarna merah muda di daerah Alpen tidak hanya berbunga sedini mungkin, tetapi juga menghasilkan benih secepat mungkin,” jelas Widmer. “Ini merupakan adaptasi terhadap musim pendek di dataran tinggi. Sebaliknya, tanaman di daerah lembah memiliki waktu lebih lama.”

Namun, tidak ada perubahan mendasar dalam perilaku pembungaan ketika para peneliti mentransplantasikan kayu berwarna merah muda dari lembah ke pegunungan. Sama seperti di dataran rendah, mereka membutuhkan lebih banyak waktu, pertama membangun massa tanaman dan kemudian menghasilkan banyak bunga. Tanaman ini juga membutuhkan waktu lebih lama untuk menghasilkan benih. Ketika salju turun di akhir musim panas pegunungan yang singkat, benihnya belum matang.

“Perilaku” ini dikendalikan oleh gen yang pertama kali ditemukan para peneliti selama penelitian ini, dan yang menentukan waktu berbunga dan pertumbuhan kayu merah muda. Gen tersebut disebut DsCEN/2 dan memiliki dua varian, yang disebut alel, yang berbeda antara kedua populasi. Kayu merah muda yang tumbuh di lembah sebagian besar memiliki alel “hangat”, sedangkan kayu di pegunungan memiliki alel “dingin”.

Varian hangat menunda pembungaan dan mendorong pertumbuhan tanaman secara umum, yang bermanfaat pada musim panas yang panjang dan hangat. Di sisi lain, varian dingin mengontrol pembungaan awal pada tanaman alpine. “Kedua alel tersebut menentukan kelangsungan hidup kayu merah muda di zona iklim berbeda,” kata Widmer.

Suatu perkembangan yang sudah ada sejak lama sebelum kayu berwarna merah muda

Para peneliti menggunakan model untuk menunjukkan bahwa kedua alel tersebut sangat tua, “lebih tua dari warna merah muda kayu itu sendiri”, jelas ahli genetika tanaman tersebut.

Untuk menentukan kapan alel ini muncul dalam evolusi Dianthus spesies, para ilmuwan juga menyelidiki gen dari spesies lain yang terkait dengan kayu merah muda. Analisis ini menunjukkan bahwa perbedaan penting antara alel hangat dan dingin sudah ada, bahkan pada spesies yang berkerabat sangat jauh.

Para peneliti menyimpulkan bahwa varian gen tersebut bukan muncul dari mutasi pada genom kayu merah muda itu sendiri, melainkan pada spesies lain dari kayu tersebut. Dianthus marga. Satu hingga dua juta tahun yang lalu, warna merah muda ini mengalami apa yang dikenal sebagai radiasi – diversifikasi cepat dari satu spesies batang tunggal menjadi banyak spesies baru.

Selama masa ini, bumi berganti-ganti antara periode glasial dan interglasial selama ribuan tahun. Seperti yang berbeda Dianthus spesies berevolusi, kedua alel juga muncul sebagai adaptasi terhadap iklim yang terus berubah.

Berkat berbagai mekanisme yang mendistribusikan, mengatur ulang, dan menggabungkan kembali materi genetik, kedua alel tersebut akhirnya menjadi bagian dari susunan genetik kayu merah muda – dan terbukti bermanfaat juga bagi spesies ini.

Variasi yang ada ditata ulang melalui rekombinasi selama reproduksi seksual. Inilah bagaimana alel hangat dan dingin muncul, yang memungkinkan kayu berwarna merah muda beradaptasi secara genetis lebih cepat terhadap kondisi lingkungan baru dibandingkan dengan mutasi baru saja. Proses ini mungkin sangat penting ketika terjadi radiasi cepat ke banyak spesies baru, seperti dalam kasus ini Dianthus jenis. Kombinasi varian gen lama yang baru secara evolusioner seperti ini memberikan landasan luas untuk adaptasi terhadap berbagai kondisi ekologi.

Meskipun mutasi terjadi pada kayu berwarna merah muda seiring berjalannya waktu, dua alel yang menentukan waktu pembungaan telah ada selama ratusan ribu tahun.

Adaptasi iklim di masa depan mungkin terjadi

Kedua varian gen tersebut kemungkinan besar berperan dalam reaksi kayu merah muda terhadap pemanasan iklim di masa depan: alel “hangat” sudah ada pada populasi di dataran tinggi, seperti yang ditunjukkan oleh para peneliti. Ketika suhu terus meningkat, varian gen ini mungkin terus menyebar di sana dan menjadi dominan di masa depan.

“Kayu merah muda memiliki alat dari masa lalu untuk beradaptasi terhadap perubahan iklim di masa kini. Kita tidak tahu apakah tanaman pegunungan alpen lainnya juga memiliki kemampuan ini. Tidak ada penelitian lain yang menjawab pertanyaan ini secara mendalam,” tegas Widmer.

Namun, ia menekankan bahwa periode hangat saat ini terjadi dengan kecepatan yang berbeda dari periode sebelumnya dalam sejarah. Apakah kayu merah muda (dan tanaman alpine lainnya) mampu beradaptasi dengan cukup cepat terhadap situasi saat ini masih menjadi pertanyaan terbuka, dan perlu diteliti ke depannya.

“Spesies ini hanya dapat memanfaatkan potensi genetik yang ada untuk memungkinkan adaptasi terhadap perubahan iklim, asalkan terdapat populasi yang cukup besar dan saling terkait,” kata Widmer. Sebaliknya, populasi kecil dan terisolasi berisiko mengalami kematian lebih cepat.

Referensi

Fior S, Luqman H, Scharmann M, Pålsson A, de Jonge J, Zoller S, Zemp N, Gargano D, Wegmann D, Widmer A: Alel kuno mendorong adaptasi iklim kontemporer pada tanaman alpine. Sains 390,59-64 (2025). adp5717