Projekt je uspješno završen, te su ostvareni svi glavni ciljevi planirani za vrijeme boravka u Japanu. Fokus projekta su evolucijske i ekološke implikacije metaboličkih prilagodbi rižine ribice (medaka, Oryzias latipes) na različite okolišne uvjete -- posebice temperaturu -- koji su prisutni u staništu pojedine populacije medaka. Stanište medake proteže se kroz više od 2500km od sjevera do juga, pa su se pojedine populacije prilagodile vrlo različitim temperaturnim uvjetima. Medaka je kratkoživuća i brzorastuća riba autohtona rižinim poljima Japana, te je, zbog izvanredne otpornosti, među najkorištenijim modelim organizmima u znanosti. Sve ovo čini medaku idealnim modelnim organizmom za proučavanje metaboličkih prilagodbi u kontekstu temperaturne aklimatizacije. Plan je koristiti stečena saznanja o medaki (kao modelnom organizmu) u poljima kao što su ekologija, zaštita vrsta i okoliša, te akvakultura, odnosno istraživanjima i projektima koja se ili fokusiraju na ribe, ili na metaboličke prilogodbe kralješnjaka okolišnim čimbenicima.

Koliko se različite ribe uistinu razlikuju?

Zajedničkim radom s projektnim suradnicima na instituciji domaćinu (Tokyo Institute of Technology-Institute for Innovative Research), Dr. Marn, dr. Marko Jusup i dr. Petter Holme, tijekom boravka Dr. Marn u Japanu, analizirali su kvalitetne podatke za tri geografski odvojene populacije medake --- Aomori na sjeveru, Niigata u centru, i Fukui malo južnije na glavnom japanskom otoku Honshu --- kako bi odgonetnuli metaboličke prilagodbe riba na okoliše uvjete. Istraživačkom radu u Japanu prethodio je (i nastavit će se) rad na Institutu Ruđer Bošković, gdje Dr. Marn u suradnji s dr. Tinom Klanjščekom i članovima LIMO radi na HRZZ projektu AqADAPT, a koji se bavi tematikom akvakulture i kaveznog uzgoja riba pod pritiscima klimatskih promjena.

Tijekom boravka u Japanu, Dr. Marn je dobila pristup vrlo kvalitetnim podacima za tri spomenute populacije medake. Jedinki pojedinih populacija prikupljene su terenskim istraživanjima na tri spomenute lokacije, a zatim su držane u vrhunskim uzgojnim postrojenjima u Japanu. Okolišni uvjeti na lokacijama s kojih su prikupljene jedinke medake vrlo su različiti, poglavito s obzirom na temperaturu, te je pri preliminarnoj analizi podataka fokus bio na evolucijskim i ekološnim implikacijama prilagodbi riba na okolišne uvjete. Glavni fokus projekta je istraživanje metaboličke osnove za fiziološke odgovore riba na različite temperature kojima su izložene, kako tijekom njihove evolucije (u tri odvojene regije Japana) tako tijekom eksperimenata (pri čemu su sve jedinke različitih populacija bile izložene istim temperaturama: 20℃, 23℃, 26℃, 28℃, 30℃, te 32 ℃). U prvoj fazi istraženo je vizualnim i statističkim metodama u kojoj točno mjeri se razlikuju fiziološki odgovori jedinki pojedinih populacija, kako bi bilo moguće procijenili u kojoj mjeri su se ribe prilagodile okolišnoj, odnosno eksperimentalnoj temperaturi. Podaci o rastu u duljinu, razmnožavanju, te duljini pri izlijeganju iz jajeta odnosno pubertetu stavljeni su u kontekst metaboličke teorije dinamičkih energijskih budžeta (DEB, Kooijman, 2010; Sousa i sur. 2010, Jusup i sur., 2017).

Kalibracija DEB modela -- korištenje fiziološke energetike za objašnjavanje razlika među i unutar populacija

U drugoj fazi projekta kalibriran je DEB model, poglavito koristeći modul za multi-species estimaciju parametara, što je omogućilo istovremenu kalibraciju modela za više od jedne populacije, odnosno laboratorijskog temperaturnog režima. Razlike među populacijama imaju evolucijske implikacije, dok razlike među jedinkama iste populacije uzgojene na različitim temperaturnim režimima imaju ekološke implikacije, jer su prilagodbe promatrane na kratkoj vremenskoj skali. Metabolički odgovori mogli bi biti slični onima dugotrajnih i brzih (intenzivnih) klimatskih promjena. U modeliranju, idealna situacija je opisati što više primijećenih razlika među jedinkama sa što manje parametara. Istražujući kombinacije nekoliko ključnih parametara DEB modela, zaključili smo da najbolje rezultate postižemo uz pretpostavku da se jedinke kako različitih tako i istih populacija (a na različitom temperaturnom režimu) međusobno razlikuju u samo jednom ključnom metaboličkom parametru: [p_M], the volume-spec somatic maintainence costs, koji određuje troškove metablizma po jedinici strukture.

Daljni koraci

Dodatno, proveli smo simulacije populacijske dinamike, koje su isto planirane u sklopu ovog projekta. Zbog spleta okolnosti i faze istraživanja, ovaj korak napravili smo na već dobro kalibriranom modelu za morske kornjače, te rezultate uključili u članak poslan na recenziju (Marn i sur., 2019), ali isti pristup moguć je i za ribe, što je u planu u kasnijoj fazi projekta. Rad na projektu se nastavlja i nakon boravka Dr.Marn u Japanu, posebice u suradnji s članovima LIMO na HRZZ projektu AqADAPT.

Svi glavni ciljevi projekta planirani za ovu posjetu su ostvareni, što je vidljivo iz rezultata projekta -- koje očekujemo osnažiti i proširiti u daljnjim tjednima i mjesecima. Posebice je ohrabrujuće da ovako kompleksan signal u podacima (razlike između jedinki različitih populacija, i razlike između jedinki iste populacije uzgajane na različitim temperaturama, i to u svim ključnim promatranim značajkama) se mogu na tako zadovoljavajući način objasniti standardnim DEB modelom koji ima samo 12 osnovnih parametara.  Nadalje, varijacija samo jednog od ovih 12 parametera bila je dovoljna da objasni sve promatrane razlike u: veličini pri ključnim životnim eventima (početak hranjenja i razmnožavanja), brzinama rasta, i razmnožavanju. Ovako fokusiran signal omogućuje daljnje istraživanja podataka i hipoteza kako bismo još bolje razumjeli prilagodbe riba okolišnim čimbenicima, uključujući klimatskim promjenama.

LITERATURA:

• Holme, P., Saramäki, J., 2011. Physics Reports, 519 (3), pp.97-125.

• Jusup, M., Sousa, T., Domingos, T., Labinac, V., Marn, N., Wang, Z. and Klanjšček, T., 2017. Physics of Life Reviews, 20, pp.1-39.

• Kooijman, S.A.L.M, 2010. Cambridge University Press, ISBN9780521131919

• Marn, N., Jusup. M., Kooijman, S.A.L.M., Klanjscek, T., 2019, Quantifying impacts of plastic debris on marine wildlife identifies ecological breakpoints, submitted to PNAS (Nov 2019)

• Sousa, T., Domingos, T., Poggiale, J.C. and Kooijman, S.A.L.M., 2010. Philosophical
  Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 365(1557), pp.3413– 3428.