Kunnen dieren, planten en schimmels zich aanpassen aan klimaatverandering?

van Anja Marie Westram

Prooidieren beschermen zichzelf tegen roofdieren door camouflagekleuren te gebruiken. Vissen kunnen zich door hun langwerpige vorm snel in het water bewegen. Planten gebruiken geuren om bestuivende insecten aan te trekken: aanpassingen van levende wezens aan hun omgeving zijn alomtegenwoordig. Dergelijke aanpassingen worden bepaald in de genen van het organisme en ontstaan ​​door evolutionaire processen over generaties heen. In tegenstelling tot veel gedragingen worden ze bijvoorbeeld niet spontaan beïnvloed door de omgeving in de loop van het leven. Een snel veranderende omgeving leidt daarom tot ‘maladaptation’. Fysiologie, kleur of lichaamsbouw zijn dan niet meer aangepast aan de omgeving, waardoor voortplanting en overleving moeilijker worden, de populatieomvang afneemt en de populatie zelfs kan uitsterven.

De door de mens veroorzaakte toename van broeikasgassen in de atmosfeer verandert het milieu op veel manieren. Betekent dit dat veel populaties niet langer goed aangepast zijn en zullen uitsterven? Of kunnen levende wezens zich ook aan deze veranderingen aanpassen? Zullen er dus in de loop van een paar generaties dieren, planten en schimmels ontstaan ​​die beter in staat zijn om te gaan met bijvoorbeeld hitte, droogte, verzuring van de oceanen of een verminderde ijsbedekking van watermassa’s en daardoor de klimaatverandering goed kunnen overleven?

Soorten volgen het klimaat waaraan ze al zijn aangepast en sterven plaatselijk uit

Laboratoriumexperimenten hebben zelfs aangetoond dat populaties van sommige soorten zich kunnen aanpassen aan veranderende omstandigheden: in een experiment in de Vetmeduni Wenen legden fruitvliegjes bijvoorbeeld aanzienlijk meer eieren na iets meer dan 100 generaties (niet lang, aangezien fruitvliegjes zich voortplanten snel) onder warme temperaturen en hadden hun metabolisme veranderd (Barghi et al., 2019). In een ander experiment konden mosselen zich aanpassen aan zuurder water (Bitter et al., 2019). En hoe ziet het eruit in de natuur? Ook daar vertonen sommige populaties tekenen van aanpassing aan veranderende klimatologische omstandigheden. Het rapport van Werkgroep II van het IPCC (Intergouvernementeel Panel over Klimaatverandering) vat deze resultaten samen en benadrukt dat deze patronen vooral bij insecten werden aangetroffen, die bijvoorbeeld later hun ‘winterstop’ beginnen als aanpassing aan langere zomers (Pörtner et al., 2022).

Helaas suggereren wetenschappelijke studies steeds vaker dat (voldoende) evolutionaire aanpassing aan de klimaatcrisis eerder uitzondering dan regel zal zijn. De verspreidingsgebieden van talrijke soorten verschuiven naar grotere hoogten of richting de polen, zoals ook samengevat in het IPCC-rapport (Pörtner et al., 2022). De soorten ‘volgen’ dus het klimaat waaraan ze al zijn aangepast. Lokale populaties aan de warmere rand van het verspreidingsgebied passen zich vaak niet aan, maar migreren of sterven uit. Uit een onderzoek blijkt bijvoorbeeld dat 47% van de 976 geanalyseerde dier- en plantensoorten (recent) uitgestorven populaties hebben aan de warmere rand van het verspreidingsgebied (Wiens, 2016). Ook soorten waarvoor een voldoende verschuiving in het verspreidingsgebied niet mogelijk is – bijvoorbeeld omdat hun verspreiding beperkt is tot individuele meren of eilanden – kunnen volledig uitsterven. Een van de eerste soorten waarvan bewezen is dat ze zijn uitgestorven als gevolg van de klimaatcrisis, is de Bramble Cay-mozaïekstaartrat: hij werd alleen gevonden op een klein eiland in het Great Barrier Reef en kon herhaalde overstromingen en klimaatgerelateerde vegetatieveranderingen niet vermijden. (Waller et al., 2017).

Voor de meeste soorten is voldoende aanpassing onwaarschijnlijk

Hoeveel soorten zich voldoende zullen kunnen aanpassen aan de toenemende opwarming van de aarde en de verzuring van de oceanen en hoeveel soorten er (lokaal) zullen uitsterven, is niet precies te voorspellen. Enerzijds zijn de klimaatvoorspellingen zelf onderhevig aan onzekerheid en kunnen ze vaak niet op voldoende kleine schaal worden gemaakt. Aan de andere kant zou je, om een ​​voorspelling voor een populatie of soort te doen, de genetische diversiteit ervan moeten meten die relevant is voor klimaatadaptatie - en dit is zelfs moeilijk met dure DNA-sequencing of complexe experimenten. We weten echter uit de evolutionaire biologie dat voldoende aanpassing voor veel populaties onwaarschijnlijk is:

• Snelle aanpassing vereist genetische diversiteit. Met betrekking tot de klimaatcrisis betekent genetische diversiteit dat individuen in de oorspronkelijke bevolking bijvoorbeeld anders omgaan met hoge temperaturen als gevolg van genetische verschillen. Alleen als deze diversiteit aanwezig is, kunnen aan de warmte aangepaste individuen tijdens de opwarming in de populatie toenemen. Genetische diversiteit hangt van veel factoren af, bijvoorbeeld de omvang van de populatie. Soorten waarvan het natuurlijke verspreidingsgebied klimatologisch verschillende habitats omvat, hebben een voordeel: genetische varianten van reeds aan warmte aangepaste populaties kunnen naar warmere gebieden worden “getransporteerd” en kunnen aan koude aangepaste populaties helpen overleven. Aan de andere kant, wanneer klimaatveranderingen leiden tot omstandigheden waaraan nog geen enkele populatie van de soort is aangepast, is er vaak niet genoeg bruikbare genetische diversiteit - dit is precies wat er gebeurt tijdens de klimaatcrisis, vooral aan de warmere randen van verspreidingsgebieden ( Pörtner et al., 2022).
• Aanpassing aan het milieu is complex. De klimaatverandering zelf stelt vaak meerdere eisen (veranderingen in temperatuur, neerslag, stormfrequentie, ijsbedekking…). Er zijn ook indirecte effecten: het klimaat heeft ook invloed op andere soorten in het ecosysteem, bijvoorbeeld op de beschikbaarheid van voedergewassen of het aantal roofdieren. Veel boomsoorten worden bijvoorbeeld niet alleen blootgesteld aan grotere droogte, maar ook aan meer schorskevers, omdat deze profiteren van warmte en meer generaties per jaar produceren. Bomen die toch al verzwakt zijn, worden extra belast. In Oostenrijk heeft dit bijvoorbeeld gevolgen voor sparrenhout (Netherer et al., 2019). Hoe meer verschillende uitdagingen de klimaatcrisis met zich meebrengt, hoe minder waarschijnlijk een succesvolle aanpassing wordt.
• Het klimaat verandert te snel door menselijke invloeden. Veel aanpassingen die we in de natuur waarnemen zijn ontstaan ​​over duizenden of miljoenen generaties; het klimaat daarentegen verandert momenteel binnen slechts enkele decennia drastisch. Bij soorten die een korte generatietijd hebben (dat wil zeggen zich snel voortplanten), vindt evolutie relatief snel plaats. Dit zou gedeeltelijk kunnen verklaren waarom aanpassingen aan antropogene klimaatverandering vaak bij insecten zijn aangetroffen. Daarentegen hebben grote, langzaam groeiende soorten, zoals bomen, vaak vele jaren nodig om zich voort te planten. Dit maakt het erg moeilijk om de klimaatverandering bij te houden.
• Aanpassing betekent niet overleven. Bevolkingen hebben zich wellicht tot op zekere hoogte aangepast aan klimaatveranderingen - ze kunnen bijvoorbeeld vandaag de dag bijvoorbeeld beter hittegolven overleven dan vóór de industriële revolutie - zonder dat deze aanpassingen voldoende zijn om op de lange termijn een opwarming van 1,5, 2 of 3°C te overleven. Daarnaast is het belangrijk dat evolutionaire aanpassing altijd betekent dat slecht aangepaste individuen weinig nakomelingen krijgen of sterven zonder nakomelingen. Als dit te veel individuen treft, kunnen de overlevenden zich beter aanpassen, maar de populatie kan nog steeds zo sterk krimpen dat deze vroeg of laat uitsterft.
• Sommige veranderingen in het milieu maken snelle aanpassingen niet mogelijk. Wanneer een habitat fundamenteel verandert, is aanpassing eenvoudigweg ondenkbaar. Vispopulaties kunnen zich niet aanpassen aan het leven in een droog meer, en landdieren kunnen niet overleven als hun leefgebied onder water komt te staan.
• De klimaatcrisis is slechts een van de vele bedreigingen. Aanpassing wordt moeilijker naarmate de populaties kleiner zijn, de habitat meer gefragmenteerd is en er tegelijkertijd meer veranderingen in het milieu plaatsvinden (zie hierboven). Mensen maken aanpassingsprocessen nog moeilijker door jacht, vernietiging van leefgebieden en milieuvervuiling.

Wat kan er tegen uitsterven worden gedaan?

Wat kan er gedaan worden als er geen hoop is dat de meeste soorten zich succesvol zullen aanpassen? Het uitsterven van lokale populaties zal nauwelijks te voorkomen zijn – maar in ieder geval kunnen verschillende maatregelen het verlies van hele soorten en het inkrimpen van verspreidingsgebieden tegengaan (Pörtner et al., 2022). Beschermde gebieden zijn belangrijk voor het behoud van soorten waar ze goed zijn aangepast en voor het behoud van de bestaande genetische diversiteit. Het is ook belangrijk om de verschillende populaties van een soort met elkaar te verbinden, zodat aan warmte aangepaste genetische varianten zich gemakkelijk kunnen verspreiden. Voor dit doel worden natuurlijke ‘corridors’ aangelegd die geschikte habitats met elkaar verbinden. Dit kan een haag zijn die verschillende boomopstanden of beschermde gebieden in een agrarisch gebied met elkaar verbindt. De methode om individuen actief te transporteren van bedreigde populaties naar gebieden (bijvoorbeeld op hogere hoogten of hogere breedtegraden) waar ze beter aangepast zijn, is iets controversiëler.

De gevolgen van al deze maatregelen zijn echter niet precies in te schatten. Hoewel ze kunnen helpen individuele populaties en hele soorten in stand te houden, reageert elke soort anders op de klimaatverandering. Verspreidingsgebieden verschuiven op verschillende manieren en soorten ontmoeten elkaar in nieuwe combinaties. Interacties zoals voedselketens kunnen fundamenteel en onvoorspelbaar veranderen. De beste manier om de biodiversiteit en de onschatbare voordelen ervan voor de mensheid te behouden in het licht van de klimaatcrisis, is nog steeds het effectief en snel bestrijden van de klimaatcrisis zelf.

literatuur

Barghi, N., Tobler, R., Nolte, V., Jakšić, AM, Mallard, F., Otte, KA, Dolezal, M., Taus, T., Kofler, R., & Schlötterer, C. (2019 ). Genetische redundantie voedt polygene aanpassing in Drosophila. PLoS Biology, 17(2), e3000128. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000128

Bitter, MC, Kapsenberg, L., Gattuso, J.-P., & Pfister, CA (2019). Staande genetische variatie zorgt voor een snelle aanpassing aan de verzuring van de oceaan. Nature Communications, 10(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13767-1

Netherer, S., Panassiti, B., Pennerstorfer, J., & Matthews, B. (2019). Acute droogte is een belangrijke oorzaak van de besmetting met schorskevers in Oostenrijkse sparrenopstanden. Grenzen in bossen en mondiale verandering, 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., en Rama, B. (red.). (2022). Klimaatverandering 2022: gevolgen, aanpassing en kwetsbaarheid. Bijdrage van Werkgroep II aan het Zesde Evaluatierapport van het Intergouvernementeel Panel voor Klimaatverandering.

Waller, NL, Gynther, IC, Freeman, AB, Lavery, TH, Leung, LK-P., Waller, NL, Gynther, IC, Freeman, AB, Lavery, TH, & Leung, LK-P. (2017). De melodieën van Bramble Cay Melomys rubicola (Rodentia: Muridae): Een eerste uitsterving van zoogdieren veroorzaakt door door de mens veroorzaakte klimaatverandering? Onderzoek naar dieren in het wild, 44(1), 9–21. https://doi.org/10.1071/WR16157

Wiens, JJ (2016). Klimaatgerelateerde lokale uitstervingen zijn al wijdverbreid onder planten- en diersoorten. PLoS Biology, 14(12), e2001104. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2001104