Kasvien evoluutio hidastuu

Kasvit muuttuvat jatkuvasti ympäristönsä mukana, mutta uusi tutkimus viittaa siihen, että jotkin lajit saattavat sopeutua muutoksiin tavalla, joka heikentää niiden selviytymiskykyä.

Michiganin yliopiston tutkimuksessa havaittiin, että elämänlankojen sopeutumisnopeus oli hidastunut peräti 96 prosenttia vain yhdeksässä vuodessa.

Hidastuminen ei johtunut geneettisen monimuotoisuuden puutteesta. Tutkijoiden mukaan ongelmana saattoivat olla erilaiset samanaikaiset evoluutiopaineet, jotka ohjaavat kasveja eri suuntiin ja vaikeuttavat ilmastonmuutokseen sopeutumista.

Tulokset osoittavat, kuinka ihmisen aiheuttamat ympäristömuutokset voivat synnyttää odottamattomia haasteita kasveille ja kokonaisille ekosysteemeille.

Kun selviytymiskeinot törmäävät

Lämpötilojen noustessa ja sääolojen muuttuessa kasvien on usein mukautettava esimerkiksi kukinta-aikaansa selviytyäkseen uusissa olosuhteissa.

Elämänlangat näyttävät kuitenkin kohtaavan myös toisen voimakkaan paineen: yhä harvinaisempien pölyttäjien houkuttelemisen.

Tutkijat havaitsivat, että pölyttäjiä houkuttelevat ominaisuudet voivat olla ristiriidassa niiden ominaisuuksien kanssa, jotka auttavat kasvia sopeutumaan ilmastonmuutokseen. Suuremmat kukat voivat parantaa mahdollisuuksia houkutella hyönteisiä, kun taas aikaisempi kukinta voi auttaa kasvia selviytymään lämpenevistä lämpötiloista ja muuttuvista sateista.

Ajan myötä nämä ominaisuudet kytkeytyivät elämänlankapopulaatioissa yhä tiiviimmin toisiinsa. Luonnonvalinta alkoi suosia suurempia kukkia, mikä saattoi samalla rajoittaa kasvien kykyä muuttaa kukinta-aikaansa ilmasto-olojen mukaan.

Geenien monimuotoisuus ei ollut ongelma

Yksi tutkimuksen yllättävimmistä havainnoista oli se, että kasveilla oli edelleen runsaasti geneettistä vaihtelua, joka olisi mahdollistanut evolutiivisen muutoksen.

Tutkijat olettavat usein, että geneettisesti monimuotoisella lajilla on paremmat mahdollisuudet sopeutua, koska luonnonvalinnalla on käytettävissään enemmän erilaisia ominaisuuksia. Tässä tutkimuksessa elämänlankojen sopeutumiskykyä ei kuitenkaan rajoittanut geneettisen vaihtelun puute.

Sen sijaan eri ominaisuuksien väliset yhteydet näyttivät kaventavan mahdollisia kehityssuuntia. Kun yhden ominaisuuden muutos vaikuttaa toisen ominaisuuden kehittymiseen, populaation vaihtoehdot voivat vähentyä.

Tutkimus viittaa siihen, että elämänlangat pystyivät edelleen evoloitumaan, mutta ympäristö ohjasi niitä ominaisuuksiin, jotka eivät välttämättä olleet parhaimpia muuttuvaan ilmastoon sopeutumisen kannalta.

Ihmisen vaikutus muuttaa evoluutiota

Tutkimusta johti tuore väitöskirjatutkija Sasha Bishop yhdessä Toronton yliopiston John Stinchcomben ja Michiganin yliopiston ekologian ja evoluutiobiologian laitoksen Regina Baucomin kanssa.

Ryhmä tutki elämänlankoja osana laajempaa tutkimusta, jossa selvitetään, miten ihmisen toiminta muuttaa luonnonvaraisten lajien evoluutiota.

Ilmastonmuutos on vain yksi kasvien kohtaamista haasteista. Rakentamisen aiheuttama elinympäristöjen häviäminen, tehomaatalous ja laajamittainen torjunta-aineiden käyttö ovat myös vaikuttaneet pölyttäjäkantojen vähenemiseen eri puolilla maailmaa.

Tutkijat ovat pitkään arvioineet, että jotkin lajit voivat kehittyä nopeasti ympäristön muuttuessa. Luonnosta saadut havainnot osoittavat kuitenkin yhä useammin, että monet populaatiot taantuvat tai menettävät geneettistä monimuotoisuutta sen sijaan, että ne sopeutuisivat riittävän nopeasti.

Evoluution muutosta mitattiin tarkasti

Selvittääkseen, miten elämänlangat olivat muuttuneet, tutkijat keräsivät siemeniä luonnonvaraisista populaatioista kahdessa eri vaiheessa yhdeksän vuoden välein.

Kasveja kasvatettiin valvotuissa olosuhteissa, ja tutkijat mittasivat useita ilmastoon sopeutumiseen ja pölyttäjien houkuttelemiseen liittyviä ominaisuuksia. Näihin kuuluivat ensimmäisen kukinnan ajankohta, kukan koko, meden sokeripitoisuus sekä siitepölyä tuottavien rakenteiden ja siitepölyä vastaanottavien osien välinen etäisyys.

Tutkijat laskivat kasvien sopeutumisnopeuden tilastollisella R-menetelmällä. Siinä eri ominaisuuksien väliset vaikutukset otetaan huomioon samanaikaisesti sen sijaan, että niitä tarkasteltaisiin erillään.

Menetelmä auttoi paljastamaan, rajoittiko yhden ominaisuuden muutos toisen ominaisuuden kehitystä.

Sopeutuminen hidastui dramaattisesti

Analyysi osoitti, että elämänlankapopulaatioiden evolutiivinen muutos oli hidastunut huomattavasti.

Aikaisemmassa populaatiossa sopeutumisen arvioitiin tapahtuneen noin 76 prosentin vauhdilla siitä tasosta, jota olisi odotettu, jos ominaisuuksien välisiä yhteyksiä ei olisi huomioitu. Yhdeksän vuotta myöhemmin osuus oli pudonnut noin 9 prosenttiin.

Tutkijoiden mukaan kukkien koon ja kukinta-ajan välisen yhteyden voimistuminen saattoi olla merkittävä tekijä hidastumisessa. Kukinta-ajan muuttaminen on erityisen tärkeää, koska sen avulla kasvit voivat reagoida lämpötilan ja sademäärien muutoksiin.

Tutkimus viittaa siihen, että pölyttäjäkantojen väheneminen voi vaikuttaa kasvien evoluutioon tavalla, joka vaikeuttaa niiden sopeutumista ilmastonmuutokseen. Kun ekosysteemit muuttuvat edelleen, näiden piilevien evolutiivisten ristiriitojen ymmärtäminen voi olla yhä tärkeämpää luonnon monimuotoisuuden ja maatalousjärjestelmien suojelemiseksi.