Augalai, gyvūnai ir mikroorganizmai milijonus metų prisitaikydavo prie klimato svyravimų. Tačiau šiandien šiltėjimo tempas yra beprecedentis. Naujas tyrimas rodo, kad greita evoliucija kai kurias populiacijas gali išgelbėti, bet daugeliu atvejų to gali ir nepakakti.
Klimato kaitą dažniausiai siejame su rūšių nykimu. Vis dėlto mokslininkai seniai svarsto, ar kai kuriais atvejais gamta gali apsiginti pati. Tyrime aprašomas vadinamasis evoliucinis išsigelbėjimas – situacija, kai nykimo grėsmę patirianti populiacija išgyvena dėl itin greitų genetinių pokyčių.
Kalbama apie augalą Mimulus cardinalis, dar vadinamą skaisčiai raudonu „beždžionžiedžiu“. Ši rūšis auga palei upelius vakarinėje Šiaurės Amerikos dalyje ir yra stipriai priklausoma nuo drėgnų sąlygų. 2012–2015 m. Kalifornijoje kilus išskirtinei sausrai, daugelis populiacijų ėmė sparčiai mažėti.
Tyrėjų komandai, kuriai vadovavo Danielis Anstettas iš „Cornell University“, šie augalai buvo stebimi nuo 2010 m. Mokslininkai kasmet sekė populiacijas įvairiose vietovėse, vertino jų būklę ir sekoskaitė DNR. Tai leido tiksliai atsekti, kaip laikui bėgant kito augalų genetinė sandara.
Skaisčiai raudonas „beždžionžiedis“ yra ypač jautrus vandens trūkumui. „Jei pasodintumėte jį į vazoną ir kelias dienas nelaistytumėte, jis tiesiog numirtų“, – aiškino D. Anstettas. Todėl nenuostabu, kad ekstremali sausra šiems augalams tapo rimta grėsme.
Trys vietinės populiacijos iš tiesų išnyko. Tačiau kitose nutiko kai kas netikėto. DNR analizė parodė, kad per vos trejus metus daugelyje populiacijų atsirado su atsparumu sausrai susijusių mutacijų. Būtent šios populiacijos, pasibaigus ekstremalioms sąlygoms, ėmė sparčiausiai atsikurti.
Biologai tokį procesą vadina evoliuciniu išsigelbėjimu. Tai situacija, kai nykimo grėsmę patirianti populiacija atgauna gebėjimą išlikti dėl greitų genetinių pokyčių. Šis reiškinys buvo stebėtas laboratorijose, tačiau gamtoje jį įrodyti gerokai sunkiau.
„Kad tai įrodytum, reikia įvykdyti tris sąlygas, – teigė D. Anstettas. – Reikia parodyti, kad populiacija mažėja dėl konkrečios grėsmės, kad įvyksta genetinė adaptacija ir kad būtent ši adaptacija leidžia populiacijai atsikurti.“ Pasak jo, tai pirmas atvejis, kai visi trys elementai buvo dokumentuoti visame rūšies paplitimo areale.
Nors Kalifornijos augalo pavyzdys įspūdingas, pati idėja nėra nauja. Praeityje evoliucija ne kartą padėjo organizmams išgyventi klimato pokyčius. Per pastaruosius 500 mln. metų Žemėje būta ir gerokai šiltesnių periodų nei šiandien, ir ledynmečių.
Kai kuriais laikotarpiais Arkties regionuose gyveno net krokodilai – tai rodo, kaip radikaliai keitėsi sąlygos planetoje. Tačiau rūšys turėjo laiko prisitaikyti arba perkelti savo paplitimo ribas.
Šiandien didžiausia problema – pokyčių greitis. Iki šiol sparčiausiu žinomu globalinio atšilimo epizodu laikomas paleoceno–eoceno terminis maksimumas prieš maždaug 56 mln. metų. Tuomet temperatūra pakilo 5–8 laipsniais, tačiau procesas truko apie 20 tūkst. metų.
Tuo tarpu prognozuojama, kad iki šio amžiaus pabaigos pasaulinė temperatūra gali pakilti daugiau nei 4 laipsniais. Tai reiškia kelis kartus greitesnį tempą nei geologinėje praeityje.
Ne visos rūšys turi vienodas prisitaikymo galimybes. Didžiausias šansus turi organizmai, kurių gyvenimo ciklas trumpas, kurie greitai dauginasi ir per trumpą laiką sukuria daug kartų. Tokiose populiacijose naujos mutacijos gali išplisti itin sparčiai.
Todėl greitos evoliucijos reiškinys anksčiau buvo stebėtas, pavyzdžiui, bakterijose, vabzdžiuose ar kai kuriuose augaluose. Pavyzdžiai – vabzdžiai, įgyjantys atsparumą pesticidams, arba killifish genties žuvys, prisitaikiusios gyventi stipriai užterštose JAV upėse.
Taip pat nurodoma, kad Tasmanijos velniai pradėjo evoliucionuoti reaguodami į užkrečiamą snukio vėžį, kuris smarkiai mažina jų populiacijas. Kaip pažymi Andrew Storferis iš „Washington State University“, šiuo atveju pavyko dokumentuoti greitą evoliuciją, tačiau dar nėra įrodymų, kad ji jau lėmė populiacijos gausėjimą.
Nors Kalifornijos pavyzdys nuteikia optimistiškai, mokslininkai pabrėžia, kad viena sausra dar nėra tas pats, kas ilgalaikė klimato kaita. „Prisitaikymą prie klimato kaitos įrodyti prireiks daug laiko“, – teigė A. Storferis.
D. Anstettas atkreipia dėmesį į dar vieną problemą: kai populiacijos smarkiai sumažėja, jos praranda genetinę įvairovę. O būtent ši įvairovė yra „kuras“ evoliucijai. Kuo įvairovė mažesnė, tuo sunkiau atsiranda nauji genetiniai variantai, kurie galėtų padėti prisitaikyti.
Jei populiacijas per trumpą laiką pakartotinai paveiks ekstremalūs orų reiškiniai, jų gebėjimas evoliucionuoti gali palaipsniui silpnėti.
Ypač sudėtinga padėtis rūšims, kurių gyvenimo ciklas ilgas, pavyzdžiui, stambiems žinduoliams ar medžiams. Jų kartos keičiasi retai, todėl genetinių pokyčių tempas yra daug lėtesnis.
Nepaisant šių ribojimų, tyrėjai pabrėžia, kad nauji rezultatai suteikia pagrindo atsargiam optimizmui. Jie rodo, kad rūšių nykimo prognozėse neretai neįvertinama greitos evoliucijos galimybė.
„Daugelyje dabartinių prognozių, numatančių rūšių gausos mažėjimą, evoliucija neįtraukiama, – sakė D. Anstettas. – Tai istorija, kuri suteikia vilties.“
Vis dėlto dauguma biologų pabrėžia, kad evoliucija neturėtų būti laikoma paprastu sprendimu klimato kaitos problemai. Prisitaikymui reikia laiko, pakankamos genetinės įvairovės ir santykinai stabilių aplinkos sąlygų.
Jei pokyčių tempas bus per didelis, net ir lanksčiausios rūšys gali nespėti prisitaikyti.
Tyrimas apie skaisčiai raudoną „beždžionžiedį“ publikuotas žurnale „Science“. Jis parodo, kad gamta į krizes kartais geba reaguoti greičiau, nei manyta, tačiau kartu primena, jog prisitaikymo galimybės turi ribas.
