Fińscy badacze wysuwają teorię, że wyjątkowe warunki świetlne panujące w obszarach polarnych Ziemi stwarzają warunki, w wyniku których wokół bieguna północnego i południowego powstają okołobiegunowe strefy hybrydowe. Te ekstremalne warunki synchronizują fenologię reprodukcyjną wśród gatunekzmuszając wszystkie gatunki do korzystania z mniejszych okien reprodukcyjnych, co mogłoby utrzymać długoterminową różnorodność biologiczną.
W niedawno opublikowanym artykule badawczym profesor ekologii subarktycznej Kari Saikkonen z Uniwersytetu w Turku w Finlandii wraz ze współpracownikami proponuje nową teorię dotyczącą roli ziemskiego środowiska światła polarnego w utrzymywaniu różnorodności biologicznej w geologicznej skali czasu obejmującej miliony lat.
Długość dnia i nocy na Ziemi charakteryzuje się stałą przez cały rok ilością światła dziennego i nocy na równiku, niewielkimi wahaniami sezonowymi w miarę oddalania się od równika oraz znaczną sezonowością długości dnia bliżej biegunów. Na dalekiej północy i dalekim południu, w kręgach Arktyki i Antarktyki, prowadzi to do wyjątkowych, trwających kilka miesięcy zjawisk „słońca polarnego” z 24-godzinnym światłem dziennym w lecie i „nocy polarnej” w zimie, kiedy słońce nie wznosi się ponad horyzont przez wiele miesięcy.
„W centrum naszej teorii znajduje się hipoteza, że ekstremalnie jasne środowisko regionów polarnych tworzy strefy hybrydowe w obu regionach polarnych” – mówi Saikkonen.
Wpływ długości dnia na hybrydyzację
W przeciwieństwie do temperatury długość dnia jest stabilnym czynnikiem środowiskowym, który zmienia się stale na różnych szerokościach geograficznych, ale nie ma na niego wpływu klimat lokalny ani globalny. W ten sposób wiele organizmów, zwłaszcza organizmów fotosyntetyzujących, takich jak rośliny i wiele drobnoustrojów, przystosowało się do wykorzystywania sezonowych zmian długości dnia w czasie, na przykład do rozmnażania. Ponieważ wykorzystują światło jako sygnał, środowisko świetlne w regionach polarnych zwiększa prawdopodobieństwo zbieżności kwitnienia blisko spokrewnionych gatunków roślin. To z kolei stwarza możliwości dla gatunków do hybrydyzacji.
Hybrydyzacja odnosi się do organizmów rozmnażających się z innym gatunkiem lub odmianą. Hybrydyzację można przeprowadzić celowo, na przykład w przypadku wielu upraw rolnych, aby uzyskać określoną pożądaną cechę, lub może ona nastąpić naturalnie, gdy gatunki są blisko siebie i są wystarczająco kompatybilne biologicznie.
„Chociaż hybrydyzacja jest powszechna w prawie wszystkich grupach organizmów, jej rola jako siły utrzymującej różnorodność biologiczną nie została w pełni poznana. Hybrydyzacja może również obejmować krzyżowanie wsteczne, podczas którego osobniki hybrydowe łączą się w pary z osobnikami pierwotnego gatunku. Umożliwia to przenoszenie genów z jednego gatunku na drugi, tworząc jednocześnie nowe, adaptacyjne kombinacje genów do różnych warunków środowiskowych” – mówi Saikkonen.
Na niższych szerokościach geograficznych niewielka zmiana długości dnia między porami roku nie powoduje nakładania się terminów reprodukcji wśród genetycznie odrębnych populacji, podgatunków lub odmian należących do kompleksu gatunkowego ani nie sprzyja hybrydyzacji.
„Dlatego zasięg gatunków zmienia się w zależności od szerokości geograficznej podczas cykli chłodniejszych i cieplejszych okresów na Ziemi, co powoduje powtarzającą się izolację i kontakt między gatunkami. Powoduje to mieszanie i różnicowanie gatunków oraz tworzy nową różnorodność biologiczną w długich okresach czasu geologicznego” – mówi Saikkonen.
Ekologiczne znaczenie drobnoustrojów
Mikroby odegrały kluczową rolę w ewolucji obecnej różnorodności biologicznej od początków życia i nadal odgrywają znaczącą rolę w utrzymaniu i promowaniu globalnej różnorodności biologicznej.
„Mikrobia są wszechobecne, a coraz więcej dowodów wskazuje, że mają one duży potencjał adaptacyjny ze względu na krótki cykl życia. Wiele drobnoustrojów jest wrażliwych na światło i wpływa na dobrostan praktycznie wszystkich roślin i zwierząt. Ponieważ wszystkie rośliny i zwierzęta mają zróżnicowaną mikroflorę, należy je traktować całościowo” – zauważa Saikkonen.
W nowym badaniu Saikkonen i współpracownicy stawiają hipotezę, w jaki sposób światłoczułe drobnoustroje mogą pomóc roślinom przystosować się do regionów polarnych.
Zmiany klimatyczne i ekosystemy polarne
Zmiana klimatu i utrata różnorodności biologicznej należą do największych globalnych zagrożeń dla ekosystemów i usług ekosystemowych w historii ludzkości. Regiony polarne Ziemi ocieplają się w bezprecedensowym tempie – nawet 2–4 razy szybciej niż średnia na Ziemi.
„Modele klimatyczne przewidują, że lód Morza Arktycznego stopi się do końca tego stulecia. W tym samym okresie powierzchnia wolna od lodu Antarktydy wzrośnie z obecnych około dwóch procent do prawie 25 procent. Samo topnienie lodowców zachodniej Antarktyki spowodowałoby podniesienie się poziomu mórz o pięć metrów, co w ciągu następnych dziesięcioleci lub stuleci zagroziłoby 10 procentom światowej populacji i wielu przybrzeżnym ekosystemom oceanicznym” – mówi Saikkonen.
Naukowcy kwestionują konwencjonalną dyskusję na temat różnorodności biologicznej skupiającą się na gatunkach, koncentrując się nie tylko na gatunkach, ale także na różnorodności genetycznej organizmów oraz znaczeniu niezbędnych mikroorganizmów towarzyszących roślinom i zwierzętom.
„Sugerujemy, że różnorodność biologiczna może w dłuższej perspektywie odbudować się po zakłóceniach i masowym wymieraniu, ale ekosystemy ulegną restrukturyzacji w postaci nowych zbiorowisk gatunków. Wymaga to zwrócenia większej uwagi na znaczenie zapewnienia wystarczającego potencjału genetycznego, gatunkowego i interakcji między gatunkami, aby wspierać przyszłą dywersyfikację oraz funkcje i usługi ekosystemowe.
Dlatego ważne jest zajęcie się problemem utraty różnorodności biologicznej spowodowanej zmianami klimatycznymi” – podkreśla Saikkonen.
Odniesienie: „W kierunku zintegrowanego zrozumienia, w jaki sposób ekstremalne reżimy światła polarnego, hybrydyzacja i wrażliwe na światło drobnoustroje kształtują globalną różnorodność biologiczną”, Kari Saikkonen, Traci Birge, Benjamin Fuchs, Marjo Helander, Janne A. Ihalainen, Riitta Nissinen i Pere Puigbò, 20 wrzesień 2024, Jedna Ziemia.
DOI: 10.1016/j.oneear.2024.08.002
