Globalne ocieplenie powoduje szybką utratę gatunków roślin – według szacunków około 600 gatunków roślin wymarło od 1750 r. – dwukrotnie większą liczbę utraconych gatunków zwierząt. Ale który gatunek jest najtrudniejszy? A w jaki sposób zmieniona różnorodność biologiczna faktycznie wpływa na interakcje między roślinami? Eksperci z Instytutu Alfreda Wegenera rozwiązali te pytania, aw dwóch ostatnich badaniach przedstawili odpowiedzi, które znaleźli zakopane w przeszłości: stosując fragmenty materiału genetycznego (DNA) osadzonych w osadach jeziornych, byli w stanie uzyskać nowy wgląd w to, jak Kompozycja Flory zmieniła się 15 000 do 11 000 lat temu podczas ocieplenia pod koniec ostatniej epoki lodowcowej, która jest uważana za ostatnie poważne wydarzenie masowe przed dzisiejszym. To porównanie może zaoferować atrakcję tego, co może nas czekać w przyszłości. Naukowcy właśnie opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie Nature Communications.
„Wszyscy wiedzą, że wełniany mamut wyginął, ale praktycznie nikt nie wspomina o roślinach, które zostały utracone pod koniec ostatniej epoki lodowcowej”, mówi prof. Ulrike Herzschuh z Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI (AWI ). „Do niedawna brakowało nam odpowiednich metod szczegółowego badania gatunków roślin”. Pod względem szczątków roślin kopalnych zastosowano głównie pyłek, który nie pozwala na identyfikację poszczególnych gatunków, a zatem nie zawiera dowodów na to, które gatunki wymarły. ”Za pomocą najnowocześniejszych metod przeanalizowaliśmy stare DNA z rdzeni osadów pobranych z rdzeni osadów pobranych Jeziora na Alasce i Syberii, które pozwoliły nam zrekonstruować zmiany roślinności w tych regionach. ” Rdzenie zawierają rozdrobnione DNA z zdeponowanej biomasy roślin z ostatnich 30 000 lat, które eksperci wzbogacali, zsekwencjonowali i porównali z bazami danych do celów identyfikacyjnych w laboratoriach specjalnego przeznaczenia dla starego DNA.
Temperatura może zmienić sposób interakcji roślin
„Byliśmy teraz w stanie szczegółowo ustalić, kiedy i gdzie gatunki pojawiły się i zniknęły na Alasce i Syberii” – mówi Ulrike Herzschuh. „Nasze badania pokazują, że skład gatunków roślin zmienił się zasadniczo pod koniec ostatniej epoki lodowcowej i że towarzyszyły jej podstawowe zmiany w warunkach ekologicznych”. Naukowcy zidentyfikowali związek między interakcjami temperatury a roślinami do roślin: w zimnych okresach klimatu gatunki roślin wspierają się nawzajem, podczas gdy głównie konkurują w ciepłych okresach. „W DNA z osadów jeziornych znaleźliśmy np. Wiele roślin poduszki, które najprawdopodobniej wspierały ekspansję innych gatunków poprzez tworzenie osłoniętych siedlisk”, mówi Ulrike Herzschuh. Ma to wpływ zarówno na rozmiar różnorodności biologicznej, jak i zakres bogactwa.
W cieplejszym klimacie dominują gatunki roślin drzewnych: „Dziś widzimy, że różnorodność roślin spada z powodu migracji drzew i krzewów do regionów tundry, podczas gdy w okresach zimnych dominowała wyższa różnorodność roślin.
Co to mówi nam o zmianach roślinności na wysokich szerokościach geograficznych, w których rośliny poduszki nadal odgrywają kluczową rolę? W dzisiejszej Arktyce ta wspierająca jakość może zagrozić ich własnym przetrwaniu. „Ponieważ ocieplenie Arktyki już postępowało dość daleko, rośliny drzewne mogą przetrwać nawet na wysokich szerokościach geograficznych. Rośliny poduszkowe mogą ułatwić ich rozprzestrzenianie się, przyspieszając własne wyginięcie”.
Które gatunki roślin są szczególnie zagrożone?
Koniec ostatniej epoki lodowcowej spowodował również, że niektóre rodzaje roślinności całkowicie zniknęły – ponieważ eksperci byli w stanie potwierdzić przy użyciu swoich nowych metod. Weźmy na przykład gigantyczną step: podczas ostatniej epoki lodowcowej ten rodzaj roślinności rozprzestrzeniła się na półkuli północnej, ale umrą podczas przejścia do obecnego wieku. W związku z tym identyfikacja wymarłych gatunków roślin była szczególnie trudna. „Aby zidentyfikować gatunki, które już nie istniały, musieliśmy użyć sztuczki” – wyjaśnia Ulrike Herzschuh. Zwykle gatunki są identyfikowane na podstawie fragmentów DNA, które są porównywane z wpisami w genetycznych bazach danych. Ale te bazy danych zawierają informacje o dzisiejszych roślinach, a nie na gatunkach wymarłych. „Zbadaliśmy wszystkie fragmenty DNA z naszych rdzeni, a następnie wykorzystaliśmy modele statystyczne do odfiltrowania tych o niepowtarzalnych podobieństwach do nowoczesnych roślin, krok po kroku”.
Umożliwiło to również ekspertom ustalenie, które gatunki mogą być na największym ryzyku wyginięcia w ociepleniu: trawy i krzewy są bardziej narażone na zniknięcie niż gatunki roślin drzewnych, które mogą rozprzestrzeniać się, gdy temperatura wzrośnie. Ponadto gatunki w regionach o wysokiej różnorodności biologicznej są częściej zagrożone niż mniej „specjalne” gatunki. Jedno zaskakujące odkrycie: wskaźnik wyginięcia był najwyższy na początku obecnej ciepłej fazy – często z opóźnieniem kilku tysięcy lat po faktycznych zmianach środowiskowych. „Oznacza to, że pełne skutki dzisiejszych działań ludzkich mogą nie stać się widoczne dopiero w odległej przyszłości”.
Znaczenie dla dzisiejszej arktyki
Wyniki dwóch badań oferują fundamentalny wgląd w to, w jaki sposób zmiany środowiskowe w związku z ociepleniem wpływają na różnorodność biologiczną i które mechanizmy są pod tym względem centralne. Jako taki, po raz pierwszy eksperci byli w stanie określić wskaźniki wyginięcia roślin, które można teraz wykorzystać jako dane odniesienia w celu lepszej oceny ciągłych zmian w ekosystemach arktycznych. „Nasze badania pokazują, jak ważne jest zrozumienie różnorodności biologicznej i interakcji ekologicznych, również w perspektywie długoterminowej, aby lepiej przewidzieć wpływ zmian klimatu”, podsumowuje Ulrike Herzschuh. „Korzystając z informacji zablokowanych w starym DNA z osadów, możemy uzyskać fundamentalną wiedzę potrzebną do tego”.