Чи можуть тварини, рослини та гриби адаптуватися до зміни клімату?

Анжа Марі Вестрам

Хижі тварини захищаються від хижаків за допомогою маскувальних кольорів. Риби можуть швидко пересуватися у воді завдяки своїй витягнутій формі. Рослини використовують запахи, щоб залучити комах-запилювачів: пристосування живих істот до навколишнього середовища є повсюдним. Такі адаптації визначаються в генах організму і виникають в результаті еволюційних процесів протягом поколінь - наприклад, на відміну від багатьох видів поведінки, вони не зазнають спонтанного впливу середовища протягом життя. Тому середовище, що швидко змінюється, призводить до «дезадаптації». Фізіологія, колір або структура тіла тоді більше не адаптуються до навколишнього середовища, тому розмноження та виживання ускладнюються, чисельність популяції зменшується, і популяція може навіть вимерти.

Збільшення парникових газів в атмосфері, спричинене людиною, багато в чому змінює навколишнє середовище. Чи означає це, що багато популяцій більше не пристосовані і вимруть? Або живі істоти також можуть пристосуватися до цих змін? Отже, протягом кількох поколінь чи з’являться тварини, рослини та гриби, які зможуть краще справлятися, наприклад, зі спекою, посухою, підкисленням океану чи зменшенням льоду на водоймах і, отже, зможуть добре пережити зміну клімату?

Види слідують клімату, до якого вони вже пристосовані, і локально вимирають

Насправді лабораторні експерименти показали, що популяції деяких видів можуть адаптуватися до мінливих умов: наприклад, в експерименті у Vetmeduni Vienna плодові мушки відклали значно більше яєць після трохи більше ніж 100 поколінь (недовго, оскільки плодові мушки розмножуються) швидко) під високими температурами та змінили свій метаболізм (Barghi та ін., 2019). В іншому експерименті мідії змогли адаптуватися до більш кислої води (Bitter et al., 2019). А як це виглядає в природі? Там також деякі популяції демонструють ознаки адаптації до мінливих кліматичних умов. У доповіді Робочої групи II IPCC (Міжурядової групи експертів зі зміни клімату) підсумовуються ці результати та підкреслюється, що ці закономірності були виявлені в основному у комах, які, наприклад, починають свою «зимову перерву» пізніше як адаптацію до більш тривалого літа (Pörtner та ін., 2022).

На жаль, наукові дослідження все частіше свідчать про те, що (достатня) еволюційна адаптація до кліматичної кризи, швидше за все, буде винятком, ніж правилом. Ареали поширення численних видів зміщуються на більшу висоту або до полюсів, як також узагальнено в звіті IPCC (Pörtner et al., 2022). Тому види «слідують» клімату, до якого вони вже пристосовані. Місцеві популяції на теплій межі ареалу часто не адаптуються, а мігрують або вимирають. Дослідження показує, наприклад, що 47% із 976 проаналізованих видів тварин і рослин мають (нещодавно) вимерлі популяції на теплішому краю ареалу (Wiens, 2016). Види, для яких достатній зсув в ареалі поширення неможливий - наприклад, тому що їх поширення обмежене окремими озерами або островами - також можуть повністю вимерти. Одним із перших видів, які, як було доведено, вимерли через кліматичну кризу, є мозаїчнохвостий щур Брамбл-Кей: він був знайдений лише на невеликому острові у Великому Бар’єрному рифі, і йому не вдалося уникнути повторних повеней і пов’язаних із кліматом змін рослинності. (Валлер та ін., 2017).

Для більшості видів достатня адаптація малоймовірна

Скільки видів зможуть достатньою мірою пристосуватися до глобального потепління та підкислення океану, а скільки зникнуть (локально), неможливо точно передбачити. З одного боку, кліматичні прогнози самі по собі є невизначеними і часто не можуть бути зроблені в достатньо малому масштабі. З іншого боку, щоб зробити прогноз для популяції чи виду, потрібно було б виміряти їхнє генетичне різноманіття, пов’язане з адаптацією до клімату – а це важко навіть із дорогим секвенуванням ДНК чи складними експериментами. Однак ми знаємо з еволюційної біології, що достатня адаптація малоймовірна для багатьох популяцій:

• Швидка адаптація вимагає генетичної різноманітності. Що стосується кліматичної кризи, генетичне різноманіття означає, що особини вихідної популяції, наприклад, по-різному справляються з високими температурами через генетичні відмінності. Лише за наявності цього різноманіття теплоадаптовані особини можуть збільшитися в популяції під час потепління. Генетичне різноманіття залежить від багатьох факторів, наприклад від розміру популяції. Види, природний ареал яких включає кліматичні відмінності середовищ існування, мають перевагу: генетичні варіанти з уже адаптованих до тепла популяцій можна «перевезти» в тепліші райони та допомогти адаптованим до холоду популяціям вижити. З іншого боку, коли кліматичні зміни призводять до умов, до яких жодна популяція виду ще не адаптована, часто не вистачає корисного генетичного різноманіття - саме це відбувається під час кліматичної кризи, особливо на теплих краях ареалів поширення ( Pörtner та ін., 2022).
• Адаптація до середовища є складною. Сама зміна клімату часто висуває численні вимоги (зміни температури, кількості опадів, частоти штормів, льодового покриву…). Є й непрямі впливи: клімат також впливає на інші види в екосистемі, наприклад, на наявність кормових рослин або кількість хижаків. Наприклад, багато видів дерев піддаються не тільки сильнішій посусі, але й більшій кількості жуків-короїдів, оскільки останні отримують користь від тепла та дають більше поколінь на рік. І без того ослаблені дерева піддаються додатковому навантаженню. В Австрії, наприклад, це стосується ялини (Netherer et al., 2019). Чим більше різних викликів представляє кліматична криза, тим меншою стає ймовірність успішної адаптації.
• Клімат змінюється занадто швидко через вплив людини. Багато адаптацій, які ми спостерігаємо в природі, виникли протягом тисяч або мільйонів поколінь - клімат, з іншого боку, зараз кардинально змінюється лише за кілька десятиліть. У видів, які мають короткий час генерації (тобто швидко розмножуються), еволюція відбувається відносно швидко. Це може частково пояснити, чому у комах часто виявляють пристосування до антропогенної зміни клімату. На відміну від цього, великим, повільно зростаючим видам, таким як дерева, часто потрібно багато років для розмноження. Через це дуже важко йти в ногу зі зміною клімату.
• Адаптація не означає виживання. Населення цілком могло певною мірою адаптуватися до кліматичних змін - наприклад, сьогодні вони можуть пережити хвилі спеки краще, ніж до промислової революції, але цих адаптацій не буде достатньо, щоб пережити потепління на 1,5, 2 або 3 °C у довгостроковій перспективі. Крім того, важливо, що еволюційна адаптація завжди означає, що погано адаптовані особини мають мало потомства або гинуть без потомства. Якщо це вплине на занадто багато особин, вижилі можуть бути краще адаптованими, але популяція все одно може зменшитися настільки, що рано чи пізно вимре.
• Деякі зміни середовища не дозволяють швидко пристосуватися. Коли середовище існування кардинально змінюється, адаптація просто немислима. Рибні популяції не можуть пристосуватися до життя в сухому озері, а наземні тварини не можуть вижити, якщо їх середовище проживання затоплено.
• Кліматична криза – це лише одна із кількох загроз. Адаптація стає важчою, чим менші популяції, чим більше фрагментоване середовище проживання та чим більше змін навколишнього середовища відбувається одночасно (див. вище). Люди ще більше ускладнюють процеси адаптації через полювання, руйнування середовища існування та забруднення навколишнього середовища.

Що можна зробити з вимиранням?

Що можна зробити, коли немає надії, що більшість видів успішно адаптуються? Вимирання місцевих популяцій навряд чи можна запобігти, але принаймні різні заходи можуть протидіяти втраті цілих видів і скороченню ареалів поширення (Pörtner et al., 2022). Охоронні території важливі для збереження видів, де вони добре адаптовані, і для збереження існуючого генетичного різноманіття. Також важливо з’єднати різні популяції виду, щоб легко поширювати адаптовані до тепла генетичні варіанти. Для цього встановлюються природні «коридори», які з’єднують відповідні середовища проживання. Це може бути жива огорожа, яка з’єднує різні насадження дерев або охоронювані території в сільськогосподарській зоні. Метод активного транспортування особин із загрозливих популяцій у райони (наприклад, на більших висотах або широтах), де вони краще адаптовані, є дещо більш суперечливим.

Однак наслідки всіх цих заходів точно оцінити неможливо. Хоча вони можуть допомогти підтримувати окремі популяції та цілі види, кожен вид по-різному реагує на зміну клімату. Ареали змінюються по-різному, і види зустрічаються в нових комбінаціях. Такі взаємодії, як харчові ланцюги, можуть кардинально й непередбачувано змінитися. Найкращий спосіб зберегти біорізноманіття та його безцінні переваги для людства в умовах кліматичної кризи все ще полягає в ефективній та швидкій боротьбі з самою кліматичною кризою.

Література

Баргі, Н., Тоблер, Р., Нолті, В., Якшич, А.М., Маллард, Ф., Отте, К.А., Долежал, М., Таус, Т., Кофлер, Р., і Шлоттерер, К. (2019) ). Генетична надмірність сприяє полігенній адаптації Дрозофіла. PLoS Biology, 17(2), e3000128. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000128

Біттер, MC, Капсенберг, Л., Гаттузо, Дж.-П., і Пфістер, Каліфорнія (2019). Постійні генетичні варіації підживлюють швидку адаптацію до підкислення океану. Природа зв'язку, 10(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13767-1

Незерер С., Панасіті Б., Пеннерсторфер Дж. та Метьюз Б. (2019). Гостра посуха є важливою рушійною силою зараження жуками-короїдами в ялинниках Австрії. Кордони в лісах і глобальні зміни, 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., Окем, А. та Рама, Б. (Ред.). (2022). Зміна клімату 2022: наслідки, адаптація та вразливість. Внесок Робочої групи II у Шостий звіт про оцінку Міжурядової групи експертів зі зміни клімату.

Уоллер, Нідерланди, Гінтер, І.С., Фріман, А.Б., Лавері, Т.Г., Леунг, Л.К.-П., Уоллер, Нідерланди, Гінтер, І.С., Фрімен, А.Б., Лавері, Т.Г., & Люнг, Л.К.-П. (2017). Меломіс Брамбл-Кей Melomys rubicola (Rodentia: Muridae): Перше вимирання ссавців, спричинене зміною клімату, спричиненою людиною? Дослідження дикої природи, 44(1), 9–21. https://doi.org/10.1071/WR16157

Вінс, Дж. Дж. (2016). Пов’язані з кліматом локальні вимирання вже широко поширені серед видів рослин і тварин. PLoS Biology, 14(12), e2001104. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2001104