Rastliny v evolučnej pasci

Rastliny sa neustále vyvíjajú v reakcii na zmeny vo svojom okolí, no nový výskum naznačuje, že niektoré druhy sa môžu prispôsobovať nesprávnym smerom.

Štúdia z University of Michigan zistila, že svlačce zaznamenali za iba deväť rokov 96 % pokles miery adaptácie. Nebolo to preto, že by im chýbala genetická rozmanitosť, ale preto, že konkurenčné evolučné tlaky môžu obmedzovať ich schopnosť reagovať na klimatické zmeny.

Zistenia ukazujú, ako môžu zmeny životného prostredia spôsobené ľudskou činnosťou vytvárať nečakané problémy pre rastliny a ekosystémy.

Keď si stratégie prežitia konkurujú

Keď teploty stúpajú a menia sa poveternostné podmienky, rastliny často potrebujú upraviť vlastnosti, ako je čas kvitnutia, aby prežili v nových podmienkach. Svlačce však zrejme čelia ďalšiemu silnému tlaku: prilákať čoraz vzácnejších opeľovačov.

Vedci zistili, že vlastnosti, ktoré rastlinám pomáhajú prilákať opeľovače, môžu narúšať vlastnosti umožňujúce reagovať na klimatické zmeny. Väčšie kvety môžu zvýšiť šancu prilákať hmyz, zatiaľ čo skoršie kvitnutie môže rastlinám pomôcť prispôsobiť sa vyšším teplotám a meniacim sa zrážkam.

Postupom času sa tieto vlastnosti v populáciách svlačcov čoraz viac prepájali. V dôsledku toho prirodzený výber čoraz viac uprednostňoval väčšie kvety, čo mohlo znižovať schopnosť rastlín prispôsobovať čas kvitnutia klimatickým zmenám.

Genetická rozmanitosť nebola problém

Jedným z najprekvapivejších zistení bolo, že rastliny stále mali dostatok genetickej variability potrebnej na evolúciu.

Vedci často očakávajú, že druhy s vysokou genetickou rozmanitosťou sa dokážu lepšie prispôsobovať, pretože majú viac potenciálnych vlastností, na ktoré môže pôsobiť prirodzený výber. Svlačce v tejto štúdii však neboli obmedzené nedostatkom evolučných „zdrojov“.

Namiesto toho vedci predpokladajú, že rastliny boli čoraz viac obmedzované vzájomným vzťahom medzi rôznymi vlastnosťami. Keď jedna vlastnosť ovplyvňuje vývoj inej, môže to obmedziť možné smery, ktorými sa populácia môže vyvíjať.

Výsledky štúdie naznačujú, že svlačce stále mali schopnosť evolučne sa meniť, no environmentálne tlaky ich smerovali k vlastnostiam, ktoré nemusia byť na zvládanie meniacej sa klímy najužitočnejšie.

Vplyv človeka mení evolúciu

Výskum viedla Sasha Bishop, nedávna absolventka doktorandského štúdia, v spolupráci s Johnom Stinchcombom z University of Toronto a Reginou Baucom z Department of Ecology and Evolutionary Biology na University of Michigan.

Tím skúmal svlačce v rámci širšieho výskumu toho, ako ľudská činnosť mení evolučné smerovanie voľne žijúcich druhov.

Klimatická zmena je len jednou z výziev, ktorým rastliny čelia. Strata biotopov spôsobená výstavbou, intenzívnym poľnohospodárstvom a rozsiahlym používaním pesticídov tiež prispela k poklesu populácií opeľovačov po celom svete.

Vedci už dlho predpokladajú, že niektoré druhy sa môžu v reakcii na zmeny životného prostredia rýchlo vyvíjať. Pozorovania z prírody však čoraz častejšie ukazujú, že mnohé populácie klesajú alebo strácajú genetickú rozmanitosť namiesto toho, aby sa dokázali dostatočne rýchlo prispôsobiť.

Meranie evolučných zmien

Aby vedci pochopili, ako sa svlačce menili, zozbierali semená z voľne žijúcich populácií v dvoch rôznych obdobiach, medzi ktorými bolo deväť rokov.

Rastliny pestovali v kontrolovaných podmienkach a merali niekoľko vlastností súvisiacich s adaptáciou na klímu a prilákaním opeľovačov. Patrili medzi ne čas prvého kvitnutia, veľkosť kvetov, hladina cukru v nektári a vzdialenosť medzi štruktúrami produkujúcimi peľ a časťami kvetu, ktoré peľ prijímajú.

Vedci potom vypočítali mieru adaptácie rastlín pomocou štatistickej metódy nazývanej R, ktorá zohľadňuje, ako sa navzájom ovplyvňujú viaceré vlastnosti, namiesto toho, aby ich analyzovala oddelene.

Tento prístup pomohol odhaliť, či zmeny jednej vlastnosti obmedzovali zmeny inej vlastnosti.

Dramatický pokles adaptácie

Analýza ukázala, že populácie svlačcov zaznamenali výrazné spomalenie evolučných zmien.

V staršej populácii vedci odhadli, že adaptácia prebiehala približne na 76 % očakávanej úrovne, keď sa vzťahy medzi vlastnosťami nebrali do úvahy. O deväť rokov neskôr toto číslo kleslo približne na 9 %.

Vedci sa domnievajú, že rastúce prepojenie medzi veľkosťou kvetov a časom kvitnutia zohralo pri tomto poklese dôležitú úlohu. Čas kvitnutia je obzvlášť dôležitý, pretože rastlinám umožňuje reagovať na zmeny teploty a zrážok.

Štúdia naznačuje, že klesajúce populácie opeľovačov môžu ovplyvňovať evolúciu rastlín spôsobmi, ktoré sťažujú adaptáciu na klimatické zmeny. Keďže ekosystémy sa naďalej menia, pochopenie týchto skrytých evolučných konfliktov môže byť čoraz dôležitejšie pre ochranu biodiverzity a poľnohospodárskych systémov.