Evolúciós csapda

A növények folyamatosan alkalmazkodnak környezetük változásaihoz, az új kutatások azonban arra utalnak, hogy egyes fajok akár kedvezőtlen irányba is fejlődhetnek.

A Michigani Egyetem tanulmánya szerint a hajnalka alkalmazkodási üteme mindössze kilenc év alatt 96%-kal csökkent.

Ennek nem a genetikai sokféleség hiánya volt az oka, hanem az, hogy egymással versengő evolúciós hatások korlátozhatják a növények képességét a klímaváltozáshoz való alkalmazkodásra.

Az eredmények rávilágítanak arra, hogy az emberi tevékenység által előidézett környezeti változások váratlan kihívásokat teremthetnek a növények és az ökoszisztémák számára.

Amikor a túlélési stratégiák ütköznek

Ahogy emelkedik a hőmérséklet és változnak az időjárási mintázatok, a növényeknek gyakran olyan tulajdonságaikat kell módosítaniuk, mint például a virágzás időzítése, hogy túlélhessenek az új körülmények között.

A hajnalkáknak azonban egy másik erős hatással is szembe kell nézniük: egyre ritkábban elérhető beporzókat kell magukhoz vonzaniuk.

A kutatók megállapították, hogy a beporzók vonzását segítő tulajdonságok akadályozhatják azokat a jellemzőket, amelyek lehetővé teszik a növények számára a klímaváltozáshoz való alkalmazkodást. A nagyobb virágok növelhetik a rovarok odavonzásának esélyét, míg a korábbi virágzás segíthet a növényeknek alkalmazkodni a melegebb hőmérséklethez és a változó csapadékmennyiséghez.

Idővel ezek a tulajdonságok egyre szorosabban kapcsolódtak egymáshoz a hajnalka-populációkban. Ennek eredményeként a természetes szelekció egyre inkább a nagyobb virágokat részesítette előnyben, ami potenciálisan csökkentette a növények képességét arra, hogy a klímaváltozás hatására módosítsák virágzási időszakukat.

Nem a genetikai sokféleség jelentette a problémát

Az egyik legmeglepőbb eredmény az volt, hogy a növényekben továbbra is bőséges genetikai változatosság állt rendelkezésre az evolúcióhoz.

A tudósok gyakran feltételezik, hogy a nagy genetikai sokféleséggel rendelkező fajok jobban képesek alkalmazkodni, mivel több olyan tulajdonsággal rendelkeznek, amelyekre a természetes szelekció hathat. A vizsgálatban szereplő hajnalkákat azonban nem az evolúciós „erőforrások” hiánya korlátozta.

A kutatók szerint inkább az egyes tulajdonságok közötti kapcsolat jelentett egyre nagyobb korlátot. Amikor az egyik jellemző befolyásolja egy másik tulajdonság evolúcióját, az korlátozhatja a populáció előtt álló lehetséges fejlődési irányokat.

A tanulmány eredményei arra utalnak, hogy a hajnalkák továbbra is képesek voltak az evolúcióra, a környezeti hatások azonban olyan tulajdonságok irányába terelték őket, amelyek nem feltétlenül a leghasznosabbak a változó éghajlathoz való alkalmazkodásban.

Az emberi hatások átformálják az evolúciót

A kutatást Sasha Bishop, a közelmúltban doktorált kutató vezette John Stinchcombe-nal, a Torontói Egyetem munkatársával, valamint Regina Baucommal, a Michigani Egyetem Ökológiai és Evolúcióbiológiai Tanszékének kutatójával együttműködésben.

A csapat a hajnalkákat egy szélesebb körű kutatás részeként vizsgálta, amely azt kutatja, hogyan változtatja meg az emberi tevékenység a vadon élő fajok evolúciós útját.

A klímaváltozás csak az egyik kihívás, amellyel a növények szembesülnek. A beporzó rovarok világszerte tapasztalható visszaszorulásához az élőhelyek fejlesztések miatti elvesztése, az intenzív mezőgazdaság és a széles körben alkalmazott növényvédő szerek is hozzájárultak.

A tudósok régóta feltételezik, hogy egyes fajok a környezeti változások hatására gyorsan evolválódhatnak. A természetben végzett megfigyelések azonban egyre inkább azt mutatják, hogy számos populáció inkább csökken vagy genetikailag kevésbé változatossá válik, ahelyett hogy elég gyorsan alkalmazkodna az új körülményekhez.

Az evolúciós változás mérése

Annak megértéséhez, hogyan változtak a hajnalkák, a kutatók vadon élő populációkból gyűjtöttek magokat két különböző időpontban, kilenc év különbséggel.

A növényeket ellenőrzött körülmények között nevelték, majd több, a klímához való alkalmazkodással és a beporzók vonzásával összefüggő tulajdonságukat vizsgálták. Ezek közé tartozott az első virágzás időpontja, a virágok mérete, a nektár cukortartalma, valamint a pollent termelő képletek és a virág pollent fogadó részei közötti távolság.

A kutatók ezután az alkalmazkodás ütemét egy R nevű statisztikai módszerrel számították ki, amely figyelembe veszi, hogy az egyes tulajdonságok hogyan hatnak egymásra, ahelyett hogy külön-külön elemezné őket.

Ez a megközelítés segített feltárni, hogy az egyik tulajdonság változása korlátozza-e egy másik jellemző változását.

Drámai visszaesés az alkalmazkodásban

Az elemzés azt mutatta, hogy a hajnalka-populációkban jelentősen lelassult az evolúciós változás.

A korábbi populáció esetében a kutatók úgy becsülték, hogy az alkalmazkodás az elvárt ütem körülbelül 76%-án zajlott, amikor nem vették figyelembe a tulajdonságok közötti kapcsolatokat. Kilenc évvel később ez az érték körülbelül 9%-ra esett vissza.

A kutatók úgy vélik, hogy a virágméret és a virágzás időzítése közötti egyre szorosabb kapcsolat fontos szerepet játszott ebben a visszaesésben. A virágzás időzítése különösen fontos, mivel lehetővé teszi a növények számára, hogy reagáljanak a hőmérséklet és a csapadék változásaira.

A tanulmány arra utal, hogy a beporzó populációk csökkenése olyan módon befolyásolhatja a növények evolúcióját, amely megnehezíti a klímaváltozáshoz való alkalmazkodást. Ahogy az ökoszisztémák tovább változnak, ezeknek a rejtett evolúciós konfliktusoknak a megértése egyre fontosabbá válhat a biológiai sokféleség és a mezőgazdasági rendszerek védelmében.