Ці могуць жывёлы, расліны і грыбы адаптавацца да змены клімату?

аўтар Аня Мары Вестрам

Жывёлы-здабычы абараняюць сябе ад драпежнікаў з дапамогай маскіровачных афарбовак. Рыба можа хутка перасоўвацца ў вадзе дзякуючы сваёй выцягнутай форме. Расліны выкарыстоўваюць пахі, каб прыцягнуць насякомых-апыляльнікаў: прыстасаванні жывых істот да навакольнага асяроддзя паўсюдныя. Такія адаптацыі вызначаюцца ў генах арганізма і ўзнікаюць у выніку эвалюцыйных працэсаў на працягу пакаленняў - напрыклад, у адрозненне ад многіх відаў паводзін, яны не падвяргаюцца спантаннаму ўплыву навакольнага асяроддзя на працягу жыцця. Такім чынам, хуткае змяненне навакольнага асяроддзя прыводзіць да «дэзадаптацыі». У такім выпадку фізіялогія, колер або структура цела больш не прыстасоўваюцца да навакольнага асяроддзя, таму размнажэнне і выжыванне ўскладняюцца, колькасць папуляцыі памяншаецца і папуляцыя можа нават вымерці.

Тэхнагеннае павелічэнне парніковых газаў у атмасферы шмат у чым змяняе навакольнае асяроддзе. Ці азначае гэта, што многія папуляцыі ўжо дрэнна прыстасаваныя і вымруць? Ці жывыя істоты таксама могуць прыстасавацца да гэтых змен? Такім чынам, на працягу некалькіх пакаленняў ці з'явяцца жывёлы, расліны і грыбы, якія лепш спраўляюцца, напрыклад, з спякотай, засухай, закісленнем акіяна або памяншэннем ледзянога покрыва вадаёмаў і, такім чынам, змогуць добра перажыць змены клімату?

Віды прытрымліваюцца клімату, да якога яны ўжо прыстасаваны, і лакальна выміраюць

Фактычна, лабараторныя эксперыменты паказалі, што папуляцыі некаторых відаў могуць прыстасоўвацца да зменлівых умоў: напрыклад, у эксперыменце ў Vetmeduni Vienna пладовыя мушкі адклалі значна больш яек пасля крыху больш чым 100 пакаленняў (нядоўга, бо пладовыя мушкі размнажаюцца хутка) пры высокай тэмпературы і змянілі свой метабалізм (Barghi et al., 2019). У іншым эксперыменце мідыі змаглі адаптавацца да больш кіслай вады (Bitter et al., 2019). А як гэта выглядае ў прыродзе? Там таксама некаторыя папуляцыі дэманструюць прыкметы адаптацыі да зменлівых кліматычных умоў. Справаздача Рабочай групы II IPCC (Міжурадавай групы экспертаў па змяненні клімату) абагульняе гэтыя вынікі і падкрэслівае, што гэтыя заканамернасці былі выяўлены ў асноўным у насякомых, якія, напрыклад, пачынаюць свой «зімовы перапынак» пазней, каб прыстасавацца да больш доўгага лета (Pörtner і інш., 2022).

На жаль, навуковыя даследаванні ўсё часцей паказваюць, што (дастатковая) эвалюцыйная адаптацыя да кліматычнага крызісу, хутчэй за ўсё, будзе выключэннем, чым правілам. Арэалы шматлікіх відаў ссоўваюцца на большыя вышыні або да полюсаў, як таксама абагульнена ў справаздачы IPCC (Pörtner et al., 2022). Такім чынам, віды «прытрымліваюцца» клімату, да якога яны ўжо прыстасаваныя. Мясцовыя папуляцыі на больш цёплым краі арэала часта не адаптуюцца, а мігруюць або выміраюць. Даследаванне паказвае, напрыклад, што 47% з 976 прааналізаваных відаў жывёл і раслін маюць (нядаўна) вымерлыя папуляцыі на больш цёплым краі арэала (Wiens, 2016). Віды, для якіх немагчымы дастатковы зрух у вобласці распаўсюджвання - напрыклад, таму што іх распаўсюджванне абмежавана асобнымі азёрамі або астравамі - таксама могуць цалкам вымерці. Адным з першых відаў, якія вымерлі з-за кліматычнага крызісу, з'яўляецца пацук з мазаічным хвастом Bramble Cay: ён быў знойдзены толькі на невялікім востраве Вялікага Бар'ернага рыфа і не змог пазбегнуць паўторных паводак і змяненняў расліннасці, звязаных з кліматам. (Уолер і інш., 2017).

Для большасці відаў дастатковая адаптацыя малаверагодная

Немагчыма дакладна прадказаць, колькі відаў змогуць дастаткова адаптавацца да глабальнага пацяплення і закіслення акіяна і колькі вымруць (лакальна). З аднаго боку, самі кліматычныя прагнозы падвяргаюцца нявызначанасці і часта не могуць быць зроблены ў дастаткова малым маштабе. З іншага боку, для таго, каб зрабіць прагноз для папуляцыі або віду, трэба было б вымераць іх генетычную разнастайнасць, якая мае дачыненне да кліматычнай адаптацыі - і гэта цяжка нават з дарагім секвенированием ДНК або складанымі эксперыментамі. Аднак мы ведаем з эвалюцыйнай біялогіі, што дастатковая адаптацыя малаверагодная для многіх груп насельніцтва:

• Хуткая адаптацыя патрабуе генетычнай разнастайнасці. Што тычыцца кліматычнага крызісу, генетычная разнастайнасць азначае, што асобіны першапачатковай папуляцыі, напрыклад, па-рознаму спраўляюцца з высокімі тэмпературамі з-за генетычных адрозненняў. Толькі пры наяўнасці такой разнастайнасці пры пацяпленні ў папуляцыі могуць павялічвацца цеплаадаптаваныя асобіны. Генетычная разнастайнасць залежыць ад шматлікіх фактараў - напрыклад, памеру папуляцыі. Віды, натуральны арэал якіх уключае кліматычна розныя асяроддзя пражывання, маюць перавагу: генетычныя варыянты з ужо прыстасаваных да цяпла папуляцый можна «транспартаваць» у больш цёплыя раёны і дапамагчы папуляцыям, прыстасаваным да холаду, выжыць. З іншага боку, калі кліматычныя змены прыводзяць да ўмоў, да якіх ніводная папуляцыя віду яшчэ не прыстасаваная, часта не хапае карыснай генетычнай разнастайнасці - гэта менавіта тое, што адбываецца ў кліматычным крызісе, асабліва на больш цёплых краях тэрыторый распаўсюджвання ( Пёртнер і інш., 2022).
• Адаптацыя да навакольнага асяроддзя складаная. Змяненне клімату само па сабе часта накладвае мноства патрабаванняў (змены тэмпературы, колькасці ападкаў, частаты штормаў, ледзянога покрыва…). Ёсць і ўскосныя эфекты: клімат таксама ўплывае на іншыя віды ў экасістэме, напрыклад, на наяўнасць кармавых раслін або колькасць драпежнікаў. Напрыклад, многія віды дрэў падвяргаюцца не толькі большай засухі, але і большай колькасці жукоў-караедаў, бо апошнія атрымліваюць карысць ад цяпла і даюць больш пакаленняў у год. І без таго аслабленыя дрэвы падвяргаюцца дадатковай нагрузцы. У Аўстрыі, напрыклад, гэта ўплывае на елку (Netherer et al., 2019). Чым больш розных выклікаў уяўляе кліматычны крызіс, тым менш верагоднасць паспяховай адаптацыі.
• Клімат змяняецца занадта хутка з-за ўплыву чалавека. Многія адаптацыі, якія мы назіраем у прыродзе, узніклі на працягу тысяч ці мільёнаў пакаленняў - клімат, з іншага боку, у цяперашні час рэзка змяняецца ўсяго за некалькі дзесяцігоддзяў. У відаў, якія маюць кароткі час генерацыі (г.зн. хутка размнажаюцца), эвалюцыя адбываецца адносна хутка. Гэта можа часткова растлумачыць, чаму ў насякомых часта выяўляюцца адаптацыі да антрапагенных зменаў клімату. У адрозненне ад буйных, павольна растучых відаў, такіх як дрэвы, часта патрабуецца шмат гадоў для размнажэння. Гэта робіць вельмі цяжкім ісці ў нагу са змяненнем клімату.
• Адаптацыя не азначае выжыванне. Насельніцтва, магчыма, у пэўнай ступені адаптавалася да зменаў клімату - напрыклад, сёння яно можа перажыць хвалі спякоты лепш, чым да прамысловай рэвалюцыі - без гэтых адаптацый, каб перажыць пацяпленне на 1,5, 2 або 3°C у доўгатэрміновай перспектыве. Акрамя таго, важна, што эвалюцыйная адаптацыя заўсёды азначае, што дрэнна адаптаваныя асобіны маюць мала нашчадкаў або гінуць без нашчадкаў. Калі гэта закране занадта шмат асобін, тыя, хто выжыў, могуць лепш прыстасавацца - але папуляцыя ўсё роўна можа скараціцца настолькі, што рана ці позна вымрэ.
• Некаторыя змены навакольнага асяроддзя не дазваляюць хутка прыстасавацца. Калі асяроддзе пражывання істотна змяняецца, адаптацыя проста неймаверная. Папуляцыі рыб не могуць прыстасавацца да жыцця ў сухім возеры, а наземныя жывёлы не могуць выжыць, калі іх асяроддзе пражывання затоплена.
• Кліматычны крызіс - толькі адна з некалькіх пагроз. Адаптацыя становіцца цяжэйшай, чым меншыя папуляцыі, больш раздробненае асяроддзе пражывання і большыя змены навакольнага асяроддзя адбываюцца адначасова (гл. вышэй). Людзі яшчэ больш ускладняюць працэсы адаптацыі праз паляванне, разбурэнне асяроддзя пражывання і забруджванне навакольнага асяроддзя.

Што можна зрабіць з выміраннем?

Што рабіць, калі няма надзеі, што большасць відаў паспяхова адаптуецца? Выміранне мясцовых папуляцый наўрад ці можна будзе прадухіліць, але прынамсі розныя меры могуць супрацьстаяць гібелі цэлых відаў і скарачэнню тэрыторый распаўсюджвання (Pörtner et al., 2022). Ахоўныя тэрыторыі важныя для захавання відаў там, дзе яны добра прыстасаваныя, і для захавання існуючай генетычнай разнастайнасці. Таксама важна злучыць розныя папуляцыі віду, каб адаптаваныя да цяпла генетычныя варыянты маглі лёгка распаўсюджвацца. Для гэтага ствараюцца натуральныя «калідоры», якія злучаюць прыдатныя месцы пражывання. Гэта можа быць жывая загарадзь, якая злучае розныя насаджэнні дрэў або ахоўныя тэрыторыі ў сельскагаспадарчай зоне. Метад актыўнай транспарціроўкі асобін з пагрозлівых папуляцый у раёны (напрыклад, на большай вышыні або больш высокіх шыротах), дзе яны лепш прыстасаваныя, некалькі больш спрэчны.

Аднак дакладна ацаніць наступствы ўсіх гэтых захадаў немагчыма. Хаця яны могуць дапамагчы захаваць асобныя папуляцыі і цэлыя віды, кожны від па-рознаму рэагуе на змяненне клімату. Арэалы перамяшчаюцца па-рознаму, і віды сустракаюцца ў новых камбінацыях. Такія ўзаемадзеянні, як харчовыя ланцугі, могуць фундаментальна і непрадказальна змяніцца. Лепшым спосабам захавання біяразнастайнасці і яе неацэнных пераваг для чалавецтва ва ўмовах кліматычнага крызісу па-ранейшаму застаецца эфектыўная і хуткая барацьба з самім кліматычным крызісам.

Літаратура

Баргі, Н., Тоблер, Р., Нолтэ, В., Якшыч, А.М., Маллард, Ф., Отэ, К.А., Долезал, М., Таўс, Т., Кофлер, Р., і Шлётэрэр, К. (2019 ). Генетычная празмернасць падсілкоўвае палігенную адаптацыю ў Дразафіл. PLoS Biology, 17(2), e3000128. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000128

Bitter, MC, Kapsenberg, L., Gattuso, J.-P., & Pfister, CA (2019). Устойлівыя генетычныя варыяцыі спрыяюць хуткай адаптацыі да закіслення акіяна. Прырода Камунікацыі, 10(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13767-1

Netherer, S., Panassiti, B., Pennerstorfer, J., & Matthews, B. (2019). Вострая засуха з'яўляецца важным фактарам заражэння жуком-караедам у аўстрыйскіх ельніках. Межы ў лясах і глабальныя змены, 2. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/ffgc.2019.00039

Пёртнер, Г.-О., Робертс, акруга Калумбія, Тыньяр, М.М.Б., Палачанска, Э.С., Мінтэнбек, К., Алегрыя, А., Крэйг, М., Лангсдорф, С., Лёшке, С., Мёлер, В., Окем, А., і Рама, Б. (рэд.). (2022). Змены клімату 2022: уздзеянне, адаптацыя і ўразлівасць. Уклад Рабочай групы II у Шостую справаздачу аб ацэнцы Міжурадавай групы экспертаў па змене клімату.

Уолер, Нідэрланды, Гінтэр, І.С., Фрыман, А.Б., Лаверы, Таіланд, Люнг, Л.К.-П., Уолер, Нідерланды, Гінтэр, І.С., Фрыман, А.Б., Лаверы, Т.Г., і Люнг, Л.К.-П. (2017). Меламыс Bramble Cay Melomys rubicola (Rodentia: Muridae): першае выміранне млекакормячых, выкліканае змяненнем клімату, выкліканым чалавекам? Даследаванні дзікай прыроды, 44(1), 9–21. https://doi.org/10.1071/WR16157

Wiens, JJ (2016). Мясцовыя выміранні, звязаныя з кліматам, ужо шырока распаўсюджаны сярод відаў раслін і жывёл. PLoS Biology, 14(12), e2001104. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2001104