Zmiany klimatu wpływają na koewolucję drzew

„Zmiany klimatyczne są ważnym motorem ewolucji i mają duży wpływ na kształtowanie się bioróżnorodności. Wraz ze zmianami klimatycznymi zmienią się zasięgi występowania wielu roślin. A to zmusza też wiele gatunków z nimi związanych – choćby owadów – do migracji wraz ze swoimi roślinami żywicielskimi. Długotrwała izolacja rozdzielonych w trakcie migracji populacji może doprowadzić do specjacji i powstania nowych gatunków” – mówi w rozmowie z PAP Jakub Goczał, doktorant z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.

Wiedza o przeszłości gatunków, które zasiedlają Polskę i o tym, jak dawniej reagowały one na zmiany klimatu, pozwala lepiej przewidywać możliwe konsekwencje nadchodzących zmian klimatu. Dlatego Jakub Goczał wraz z zespołem badał, jak dynamiczne zmiany klimatu w okresie ostatniego zlodowacenia wpływały na koewolucję świerka pospolitego i związanego z tym gatunkiem drzewa roślinożernego chrząszcza żerdzianki krawiec.

Publikacja na ten temat ukazała się w „Scientific Reports”. Badania zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu Preludium.

„Czas zlodowaceń plejstoceńskich był okresem dynamicznych zmian klimatu. W trakcie ostatniego zlodowacenia, postępujący ze Skandynawii lodowiec zmusił wiele gatunków drzew do wycofania się ze swoich pierwotnych obszarów występowania. Te gatunki przetrwały zwykle na niewielkich obszarach, np. w dolinach górskich aż do czasu, kiedy warunki klimatyczne stały się dla nich bardziej korzystne” – opowiada Jakub Goczał.

Jak wyjaśnia, podobne było ze świerkiem. Choć kilkadziesiąt tysięcy lat temu zasięg świerka był zwarty i obejmował znaczną część środkowej Europy, to w trakcie ostatniego zlodowacenia – drzewo było w stanie przetrwać tylko w dwóch rejonach zwanych refugiami glacjalnymi. Jeden z nich to obszar Alp i Karpat, a drugi znajdował się w europejskiej część Rosji. Te rozdzielone przez lodowiec populacje świerka nie miały ze sobą kontaktu przez tysiące lat. Kiedy jednak klimat w holocenie się ocieplił – rozpoczęła się rekolonizacja, świerk z obu refugiów zaczął powiększać zasięg występowania, a rozdzielona populacja północna i południowa ponownie się spotkały w rejonie Puszczy Białowieskiej.

Choć historia migracji świerków była już wcześniej stosunkowo dobrze poznana, to nie było wiadomo, jak wpłynęła ona na ściśle związane z tym gatunkiem drzewa zwierzęta. Teraz takie dane się pojawiły.

„Skupiliśmy się na dużym chrząszczu rozwijającym się w drewnie świerków – żerdziance krawiec. Zbadaliśmy osobniki tego chrząszcza z niemal całego obszaru jego występowania, od Alp i Karpat przez Skandynawię, Syberię, aż do Japonii. Wykorzystaliśmy markery morfologiczne i genetyczne do opisania struktury geograficznej owada” – opowiada naukowiec. Badano więc, jak chrząszcze z różnych regionów różnią się pod względem genetycznym oraz pod względem budowy zewnętrznej, a następnie przeanalizowano różne scenariusze ewolucyjne i wybrano taki, który najlepiej tłumaczył uzyskaną strukturę zmienności geograficznej.

„Udało nam się pokazać, że żerdzianka migrowała wraz ze świerkiem w okresie zlodowacenia i przetrwała wraz z nim w dwóch izolowanych rejonach, co doprowadziło do specjacji i powstania dwóch różnych podgatunków. Kiedy klimat się poprawił, owad wraz ze świerkiem opanowywał nowe tereny, aż ok. 9 tys. lat temu doszło do ponownego spotkania rozdzielonych populacji w północnowschodniej Polsce, w okolicach Puszczy Białowieskiej” – opowiada rozmówca PAP.

Tam gatunki z refugium południowego i północnego zaczęły się ze sobą krzyżować. Choć tysiące lat izolacji sprawiły, że rozdzielone populacje wyraźnie się zróżnicowały, to okres ten był zbyt krótki by powstały odrębne gatunki niemogące się ze sobą krzyżować.

Goczał dodaje, że wnioski z tych badań wskazują, że zanik na danym obszarze nawet jednego, nieistotnego z pozoru gatunku rośliny, może pociągać za sobą efekt domina i wpływać na całe ekosystemy oraz na przebieg procesów ewolucyjnych.

„Świerk pospolity to gatunek szczególnie narażony na przyszłe zmiany klimatu” – mówi badacz i tłumaczy, że drzewo to preferuje chłodne i wilgotne siedliska i związane jest z klimatem kontynentalnym. O ile podczas zlodowacenia klimat był dla świerka zbyt zimny, o tyle teraz staje się on zbyt ciepły. „W ostatnich latach obserwujemy znaczne zamieranie drzewostanów świerkowych w wielu regionach Polski” – mówi badacz. Dodaje, że świerkowi szkodzą nie tylko rosnące średnie temperatury, ale i związany z suszami obniżający się poziom wód gruntowych, bo drzewa te mają płytki (tzw. talerzowy) system korzeniowy.

Jeśli z terenu Polski zniknie świerk, wraz z nim zabraknie prawdopodobnie wielu innych organizmów.

Dziś – podsumowuje Goczał – ze świerkiem jest związanych co najmniej kilkaset różnych gatunków zwierząt, głównie owadów. Część z nich będzie w stanie znaleźć sobie zastępczy gatunek, na którym może żerować. Ale jest też grupa organizmów na tyle wyspecjalizowanych, że bez świerka sobie nie poradzi i razem z nim zniknie z danego terenu. Chodzi nie tylko o owady, ale i np. odżywiające się nimi ptaki. Należy do nich np. zagrożony dzięcioł trójpalczasty, dla którego podstawą pożywienia są owady mieszkające w obumarłych świerkach. Zniknięcie jednego gatunku, jak domino, może pociągnąć nowe zmiany w kolejnych ogniwach łańcucha pokarmowego.

„Kluczowym czynnikiem, który wpływa na szansę przystosowania się gatunków do zmian klimatycznych, jest tempo tych zmian. My badaliśmy zmiany historyczne, które zachodziły znacznie wolniej niż teraz. Tempo obecnych zmian klimatycznych jest bezprecedensowo szybkie. Wiele gatunków ma za mało czasu, by do tych zmian się dostosować” – zwraca uwagę naukowiec. Może się to więc wiązać z o wiele większymi zmianami w ekosystemach i znacząco wpływać na procesy ewolucyjne.

Nauka w Polsce – PAP, Ludwika Tomala, lt/ zan/