Арктички екосистем пред климатском кризом: Могу ли врсте да еволуирају заједно?

Арктички екосистем на северу Аљаске мења се брже него готово било које друго подручје на Земљи. Снег се топи раније, пролећне бујице стижу пре времена, а крајем лета поједини потоци пресушују. Жбунасте врбе освајају нове просторе, инсекти мењају животни ритам, птице зависе од кратке сезоне изобиља, а рибе од све непредвидљивијих водотока, пише The Guardian.

С тим у вези, у току је велики шестогодишњи научни пројекат у којем се поставља необично питање – могу ли повезане врсте да се климатској кризи прилагоде не само појединачно већ и заједно, тако да читав екосистем настави да функционише?

Арктички екосистем као лабораторија промене

На Северној падини Аљаске научници пажљиво корачају преко бусенастих трава и маховине ка брзим потоцима који се спуштају са снежног и леденог планинског венца Брукс. Код Галбрајт Крика постављају мреже за белокруне врапце, птице које су недавно стигле из јужнијих крајева.

Арктичко лето је кратко. Врапци имају свега неколико недеља да заузму територију, пронађу партнера, положе јаја и подигну младунце на исхрани богатој инсектима. Од сваке ухваћене птице истраживачи узимају узорке крви, перја и измета како би утврдили чиме се храни и како се њен јеловник мења током лета.

Посебно их занима колико птице зависе од инсеката који излазе из потока, попут једнодневки и других водених врста. Дуж арктичких река и потока истовремено се шире жбунасте врбе. Тај процес може да измени услове у води и животни циклус инсеката, а самим тим и количину хране доступне птицама.

Исту храну користи и арктички липљен, хладноводна риба из породице лососа. Он се креће између дубљих језера, у којима презимљава, и плитких потока у којима проводи део лета. Ако вода после раног пролећног топљења снега касније нагло опадне, рибе могу остати заробљене у изолованим базенима.

ФОТО: Компас/Илустрација

Врсте не живе и не еволуирају саме

Глобално загревање широм планете мења распоред живота. Неке врсте ће у новим условима напредовати, док ће друге, ако не успеју довољно брзо да се прилагоде, кренути ка нестанку.

Еволуција се дуго углавном посматрала на нивоу појединачне врсте – као борба сваке популације да преживи промену. Али организми не постоје изоловано. Они су део мреже исхране, размножавања, конкуренције и протока хранљивих материја.

Зато научници сада испитују да ли дуготрајне везе међу врстама могу постати део решења. Ако се једна врста прилагођава расту температуре, она истовремено мења услове за свој плен, предаторе или биљке са којима дели станиште. Те врсте затим могу да одговоре сопственим променама.

Ту могућност истражује пројекат Evolving Meta-Ecosystems Institute – Evome, вредан 15 милиона долара и подржан од америчке Националне фондације за науку. Током шест година научници ће пажљиво пратити пет група организама и њихове међусобне односе – белокруног врапца, једну врсту арктичке врбе, арктичког липљена, водену једнодневку и једну врсту трчуљка.

ПЕТ ВРСТА КАО МОДЕЛ ЧИТАВОГ СИСТЕМА

     Истраживачи су одабрали пет организама који повезују тундру и водене токове северне Аљаске. Белокруни врабац представља птице селице, врба промене у вегетацији, арктички липљен рибе хладних вода, док једнодневка и трчуљак представљају различите групе инсеката.
     Циљ није само утврдити како свака врста реагује на раст температуре већ и како промена једне утиче на остале. Ако се, на пример, водени инсекти појаве раније, то може променити доступност хране рибама и птицама. Пројекат зато еволуцију посматра као процес у мрежи међусобно зависних организама.

Петнаест теренских тачака дуж Далтонског пута

Простор са обе стране Далтонског ауто–пута, који повезује Фербанкс са нафтним пољима Прудо Беја, постао је огромна природна лабораторија за око 50 научника из америчких истраживачких институција.

Током пролећа и лета готово свакодневно обилазе 15 локација распоређених дуж приближно 305 километара пута, од подручја јужно од венца Брукс до околине Сагвон Крика, око 100 километара јужно од Северног леденог океана.

На тундри су постављене лепљиве замке за инсекте, уређаји који бележе оглашавање птица и температурни сензори потопљени у ледене потоке. Мрежасте вреће прикупљају лишће врба, док истраживачи анализирају алге, воду и кретање хранљивих материја.

Кроз исти предео пролази сребрна цев нафтовода Аљаска, којим се нафта транспортује ка Валдизу. У пејзажу који се убрзано загрева тај призор представља готово симболичан подсетник на шири контекст истраживања.

ФОТО: Компас/Илустрација

Како ширење врба мења потоке

Једна од највидљивијих промена на северу Аљаске јесте ширење врба дуж река и потока. Више жбуња значи више сенке над водом, а мање сунчеве светлости може да смањи фотосинтезу и производњу алги којима се хране поједини водени инсекти.

Истовремено, више врба значи и више лишћа које пада у воду. То може погодовати другим инсектима који се хране биљним материјалом.

Екосистем, дакле, не реагује једноставно тако што нешто „расте“, а нешто друго „нестаје“. Промена једног дела може да преусмери ток хране и енергије кроз читав систем.

ФОТО: Компас/Илустрација

Кључно питање је могу ли птице и рибе довољно брзо да искористе нове услове. Различите групе инсеката не излазе из воде у исто време нити формирају једнако велика јата. За птицу која има свега неколико недеља да нахрани младунце или рибу која мора да се пресели између језера и плитких потока, разлика од неколико недеља може бити пресудна.

Линда Диган, научница из климатског истраживачког центра Woodwell која руководи пројектом, сматра да постоје разлози за умерени оптимизам. Ипак, то је за сада најбоља научна претпоставка – веома мало истраживања испитивало је како адаптивна еволуција утиче на динамику читавог екосистема, а ниједно, према извору, није на овај начин проучавало везе два суседна екосистема.

Три начина да се врста прилагоди топлијем свету

Жива бића на промену климе могу одговорити на три основна начина.

Први је промена понашања. Птице, на пример, могу изменити миграциони пут или време доласка на север.

Други је физиолошко прилагођавање, када организам привремено промени начин функционисања без генетске промене која се преноси потомству. Дрво током суше, на пример, може изменити фотосинтезу.

Трећи пут је еволуција – генетске промене које се преносе следећим генерацијама. Такав процес понекад може бити много бржи него што се некада претпостављало.

ФОТО: Компас/Илустрација

Истраживања су већ показала бројне случајеве такозваног еволуционог спасавања, када популација која се приближила нестанку опстане захваљујући брзом генетском прилагођавању.

Као пример наводе се биљке scarlet monkeyflower у Орегону и Калифорнији које су током четворогодишње суше у претходној деценији брзо еволуирале и прилагодиле се новим условима.

Еволуциони биолог Марк Урбан са Универзитета Конектикат каже да су стотине експеримената већ показале изузетну способност адаптивне еволуције да ублажи последице наглих промена.

ШТА ЈЕ ЕВОЛУЦИОНО СПАСАВАЊЕ

     Еволуционо спасавање описује ситуацију у којој популација изложена наглој промени животне средине не нестаје, већ опстаје захваљујући брзом генетском прилагођавању. Јединке са особинама погоднијим за нове услове остављају више потомака, па се корисне генетске варијанте шире кроз популацију.
     Такав процес не мора да траје хиљадама година – понекад може постати уочљив током свега неколико генерација. За научнике на Аљасци важно је да утврде не само да ли појединачна врста има капацитет за овакав одговор, већ и да ли њено прилагођавање помаже очувању функција читавог екосистема.

Генетика открива резерву за преживљавање

Да би проценили колико је арктички екосистем отпоран, истраживачи мапирају генетску разноврсност сваке од пет проучаваних врста и покушавају да утврде постоји ли довољно варијација које би омогућиле прилагођавање.

Екологија може да покаже шта се дешава са бројношћу животиња, водом, храном или вегетацијом. Генетика, међутим, може да помогне у објашњавању зашто поједине популације реагују другачије и да ли те особине могу да се пренесу потомству.

Научници не очекују да ће пронаћи један једини „ген за климатску отпорност“. Урбан чак потрагу за једним геном који одређује све назива својеврсним светим гралом геномике, али истовремено сматра да је таква могућност превише оптимистична. Већина сложених особина вероватно зависи од стотина или хиљада гена који делују заједно.

Поређење генетике различитих популација зато би могло да покаже колики је њихов стварни простор за будуће прилагођавање.

Арктички липљен као кључна карика

Посебно место у пројекту има арктички липљен, риба препознатљива по преливајућем телу и великом, упадљивом леђном перају. Научници га називају својеврсним драгуљем истраживања јер повезује различите делове воденог система.

Липљени се крећу између језера и потока и на тај начин преносе хранљиве материје кроз сливове. Истовремено су веома осетљиви на климатске промене. За нормалан развој потребна им је хладна вода, хране се инсектима на које утиче ширење врба, а непредвидљиви летњи протоци могу им пресећи пут назад ка дубљим језерима у којима презимљавају.

ФОТО: Компас/Илустрација

Раније топљење снега додатно мења сигнале на које су рибе навикле. Истраживачи зато желе да открију шта липљену говори када треба да крене на пут. Ти сигнали можда су делимично „програмирани“ у геному, али још није познато колико су фиксни и колико се могу променити.

Током пилот–експеримента студенти Универзитета Аљаске у Фербанксу прикупљали су оплођена јаја липљена из језера јужно од венца Брукс. Више од половине јаја није преживело транспорт неравним Далтонским путем.

Преживела јаја смештена су у лабораторијске резервоаре са температурама воде од 4 до 20 степени Целзијуса. Истовремено су прикупљена јаја из реке Чена код Фербанкса, где се липљени мресте у води знатно хладнијој него њихови северни сродници.

Поређењем популација из различитих крајева у истим условима научници могу да раздвоје утицај средине од генетских разлика. Виша температура убрзава развој рибе, али је у експерименту била повезана и са великом смртношћу.

ФОТО: Компас/Илустрација

Може ли систем да се савије, а да се не сломи

Тим је близу завршетка првог референтног генома арктичког липљена. Он ће омогућити поређење различитих популација и потрагу за генетским варијантама које су можда повезане са локалним прилагођавањем температури.

Али научници на крају не покушавају само да предвиде судбину пет врста. Желе да разумеју може ли читав арктички екосистем да задржи основне функције док се његови делови истовремено мењају.

Ако се риба генетски прилагоди топлијој води, тиме се не чува само њена популација. Могу се очувати и њена улога у преносу хранљивих материја и продуктивност потока. Исто важи за инсекте, птице и биљке.

Зато истраживачи комбинују готово све могуће нивое посматрања – хватају птице, прикупљају инсекте, анализирају врбино лишће, стружу алге са камења, мере температуру и проток воде, одгајају рибља јаја и састављају геноме.

ФОТО: Julia Ardaran/Shutterstock

Аљаска је погодна за такав рад не само зато што се Арктик изузетно брзо загрева већ и зато што су тамошњи екосистеми релативно једноставни, са малим бројем врста које имају велики утицај на функционисање читавог система. Оно што научници открију на крајњем северу могло би зато да помогне у разумевању отпорности екосистема широм света – од тропских области до високих планина.

Нико, ипак, не очекује да ће се све успешно прилагодити. Марк Урбан очекује да ће у систему бити много способности за опоравак, али и појединих места на којима ће доћи до „савијања“ или потпуног прекида.

У томе лежи суштина целог пројекта. Питање више није само која ће врста преживети климатску кризу, већ да ли ће односи који повезују живи свет бити довољно флексибилни да се мењају заједно са њим.