Могат ли животните, растенията и гъбите да се адаптират към изменението на климата?

от Аня Мари Вестрам

Хищните животни се предпазват от хищници с помощта на камуфлажни цветове. Рибите могат да се движат бързо във водата поради удължената си форма. Растенията използват аромати, за да привлекат опрашващи насекоми: адаптациите на живите същества към тяхната среда са вездесъщи. Такива адаптации се определят в гените на организма и възникват чрез еволюционни процеси през поколенията - за разлика от много поведения, например, те не се влияят спонтанно от околната среда в хода на живота. Следователно бързо променящата се среда води до „дезадаптация“. Тогава физиологията, цветът или структурата на тялото вече не са адаптирани към околната среда, така че възпроизводството и оцеляването са по-трудни, размерът на популацията намалява и популацията може дори да изчезне.

Причиненото от човека увеличение на парниковите газове в атмосферата променя околната среда по много начини. Това означава ли, че много популации вече не са добре адаптирани и ще изчезнат? Или живите същества също могат да се адаптират към тези промени? И така, в течение на няколко поколения ще се появят ли животни, растения и гъби, които са по-способни да се справят например с топлина, суша, подкисляване на океана или намалено ледено покритие на водни тела и следователно могат да оцелеят добре при изменението на климата?

Видовете следват климата, към който вече са адаптирани, и изчезват на местно ниво

Всъщност лабораторните експерименти показват, че популациите на някои видове могат да се адаптират към променящите се условия: в експеримент във Vetmeduni Vienna, например, плодовите мухи снасят значително повече яйца след малко над 100 поколения (не много време, тъй като плодовите мушици се размножават бързо) при високи температури и са променили метаболизма си (Barghi et al., 2019). В друг експеримент мидите успяха да се адаптират към по-кисела вода (Bitter et al., 2019). А как изглежда в природата? Там също някои популации показват доказателства за адаптация към променящите се климатични условия. Докладът на работна група II на IPCC (Междуправителствен панел по изменение на климата) обобщава тези резултати и подчертава, че тези модели са открити предимно при насекоми, които например започват своята „зимна ваканция“ по-късно като адаптация към по-дълги лета (Pörtner и др., 2022).

За съжаление, научните изследвания все повече предполагат, че (достатъчната) еволюционна адаптация към климатичната криза вероятно ще бъде по-скоро изключение, отколкото правило. Районите на разпространение на множество видове се изместват към по-високи височини или към полюсите, както е обобщено и в доклада на IPCC (Pörtner et al., 2022). Следователно видовете „следват“ климата, към който вече са адаптирани. Местните популации в по-топлия край на ареала често не се адаптират, а мигрират или измират. Проучване показва например, че 47% от 976 анализирани животински и растителни вида имат (наскоро) изчезнали популации в по-топлия край на ареала (Wiens, 2016). Видове, за които не е възможна достатъчна промяна в района на разпространение - например защото разпространението им е ограничено до отделни езера или острови - също могат да изчезнат напълно. Един от първите видове, за които е доказано, че са изчезнали поради климатичната криза, е плъхът с мозаечна опашка на Брамбъл Кей: той е открит само на малък остров в Големия бариерен риф и не е успял да избегне повтарящи се наводнения и промени в растителността, свързани с климата (Waller et al., 2017).

За повечето видове е малко вероятно достатъчна адаптация

Колко вида ще могат да се адаптират достатъчно към нарастващото глобално затопляне и подкисляването на океана и колко ще изчезнат (локално) не може да се предвиди точно. От една страна, самите климатични прогнози са обект на несигурност и често не могат да бъдат направени в достатъчно малък мащаб. От друга страна, за да се направи прогноза за популация или вид, ще трябва да се измери генетичното му разнообразие, свързано с адаптирането към климата - и това е трудно дори при скъпо ДНК секвениране или сложни експерименти. От еволюционната биология обаче знаем, че е малко вероятно достатъчна адаптация за много популации:

• Бързата адаптация изисква генетично разнообразие. По отношение на климатичната криза генетичното разнообразие означава, че индивидите в първоначалната популация например се справят по различен начин с високите температури поради генетични различия. Само ако това разнообразие е налице, адаптираните към топлина индивиди могат да се увеличат в популацията по време на затопляне. Генетичното разнообразие зависи от много фактори – например от размера на популацията. Видовете, чийто естествен ареал включва климатично различни местообитания, имат предимство: генетични варианти от вече адаптирани към топло популации могат да бъдат „транспортирани“ в по-топли райони и да помогнат на адаптираните към студ популации да оцелеят. От друга страна, когато промените в климата водят до условия, към които никоя популация на вида все още не е адаптирана, често няма достатъчно полезно генетично разнообразие - точно това се случва в климатичната криза, особено в по-топлите краища на районите на разпространение ( Pörtner и др., 2022).
• Адаптирането към околната среда е сложно. Самото изменение на климата често налага множество изисквания (промени в температурата, валежите, честотата на бурите, ледената покривка…). Има и косвени ефекти: климатът влияе и върху други видове в екосистемата, например върху наличието на фуражни растения или броя на хищниците. Например много дървесни видове не само са изложени на по-голяма суша, но и на повече корояди, тъй като последните се възползват от топлината и произвеждат повече поколения годишно. Дърветата, които вече са отслабени, се подлагат на допълнително натоварване. В Австрия, например, това засяга смърча (Netherer et al., 2019). Колкото повече различни предизвикателства представлява климатичната криза, толкова по-малко вероятно става успешната адаптация.
• Климатът се променя твърде бързо поради човешкото влияние. Много адаптации, които наблюдаваме в природата, са възникнали в продължение на хиляди или милиони поколения - климатът, от друга страна, в момента се променя драстично само за няколко десетилетия. При видове, които имат кратко време на поколение (т.е. възпроизвеждат се бързо), еволюцията протича сравнително бързо. Това може отчасти да обясни защо при насекомите често се откриват адаптации към антропогенното изменение на климата. За разлика от това, големи, бавнорастящи видове, като дървета, често отнемат много години, за да се възпроизведат. Това прави много трудно да се справим с изменението на климата.
• Адаптирането не означава оцеляване. Популациите може да са се адаптирали към промените в климата до известна степен - например те могат да оцелеят при горещи вълни днес по-добре, отколкото преди индустриалната революция - без тези адаптации да са достатъчни, за да оцелеят при затопляне от 1,5, 2 или 3°C в дългосрочен план. Освен това е важно еволюционната адаптация винаги да означава, че слабо адаптираните индивиди имат малко потомство или умират без потомство. Ако това засегне твърде много индивиди, оцелелите може да са по-добре адаптирани - но популацията все още може да намалее толкова много, че да изчезне рано или късно.
• Някои промени в околната среда не позволяват бързи корекции. Когато едно местообитание се промени фундаментално, адаптирането е просто немислимо. Рибните популации не могат да се адаптират към живота в сухо езеро, а сухоземните животни не могат да оцелеят, ако местообитанието им е наводнено.
• Климатичната криза е само една от няколкото заплахи. Адаптирането става по-трудно, колкото по-малки са популациите, толкова по-фрагментирано е местообитанието и колкото повече промени в околната среда настъпват едновременно (виж по-горе). Хората правят процесите на адаптация още по-трудни чрез лов, унищожаване на местообитания и замърсяване на околната среда.

Какво може да се направи с изчезването?

Какво може да се направи, когато няма надежда повечето видове да се адаптират успешно? Изчезването на местните популации едва ли ще може да бъде предотвратено - но поне различни мерки могат да противодействат на загубата на цели видове и свиването на районите на разпространение (Pörtner et al., 2022). Защитените територии са важни за запазването на видовете, където са добре адаптирани, и за запазването на съществуващото генетично разнообразие. Също така е важно да се свържат различните популации на даден вид, така че адаптираните към топлина генетични варианти да могат лесно да се разпространяват. За целта се създават естествени „коридори“, които свързват подходящи местообитания. Това може да бъде жив плет, който свързва различни дървесни насаждения или защитени зони в земеделски район. Методът за активно транспортиране на индивиди от застрашени популации до райони (например на по-висока надморска височина или по-високи географски ширини), където те са по-добре адаптирани, е малко по-противоречив.

Последствията от всички тези мерки обаче не могат да бъдат точно оценени. Въпреки че могат да помогнат за поддържането на отделни популации и цели видове, всеки вид реагира различно на изменението на климата. Диапазоните се изместват по различни начини и видовете се срещат в нови комбинации. Взаимодействия като хранителни вериги могат да се променят фундаментално и непредвидимо. Най-добрият начин за запазване на биоразнообразието и неговите безценни ползи за човечеството в лицето на климатичната криза все още е ефективната и бърза борба със самата климатична криза.

литература

Barghi, N., Tobler, R., Nolte, V., Jakšić, AM, Mallard, F., Otte, KA, Dolezal, M., Taus, T., Kofler, R., & Schlötterer, C. (2019 ). Генетичното излишък подхранва полигенната адаптация Drosophila. PLOS Biology, 17(2), e3000128. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000128

Bitter, MC, Kapsenberg, L., Gattuso, J.-P., & Pfister, CA (2019). Постоянната генетична вариация подхранва бързата адаптация към подкисляването на океана. Nature съобщенията, 10(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13767-1

Netherer, S., Panassiti, B., Pennerstorfer, J., & Matthews, B. (2019). Острата суша е важен двигател на нашествието от корояд в смърчовите насаждения в Австрия. Граници в горите и глобална промяна, 2. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/ffgc.2019.00039

Pörtner, H.-O., Roberts, DC, Tignor, MMB, Poloczanska, ES, Mintenbeck, K., Alegría, A., Craig, M., Langsdorf, S., Löschke, S., Möller, V., Okem, A., & Rama, B. (Eds.). (2022). Изменението на климата 2022: Въздействия, адаптация и уязвимост. Принос на работна група II към шестия доклад за оценка на Междуправителствения панел по изменение на климата.

Waller, NL, Gynther, IC, Freeman, AB, Lavery, TH, Leung, LK-P., Waller, NL, Gynther, IC, Freeman, AB, Lavery, TH, & Leung, LK-P. (2017). Меломисът на Брамбъл Кей Melomys rubicola (Rodentia: Muridae): Първо изчезване на бозайници, причинено от изменението на климата, предизвикано от човека? Изследване на дивата природа, 44(1), 9–21. https://doi.org/10.1071/WR16157

Wiens, JJ (2016). Свързаните с климата местни изчезвания вече са широко разпространени сред растителните и животинските видове. PLOS Biology, 14(12), e2001104. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2001104