Złożone mechanizmy kompromisów ewolucyjnych odpowiadają za zróżnicowanie mikroalg
Pomimo mikroskopijnych rozmiarów fitoplankton stanowi 1 % światowej biomasy. Odgrywa on kluczową rolę w ekosystemie, choć w kwestii czynników decydujących o sukcesie poszczególnych gatunków w środowisku jest jeszcze wiele niewiadomych. Jednym z najważniejszych takich czynników jest tak zwany kompromis ewolucyjny, polegający na tym, że dany gatunek doskonale radzi sobie w jednym zestawie warunków środowiskowych kosztem gorszego przystosowania w innym. Mridul K. Thomas, badacz realizujący projekt TROPHY, tłumaczy: „Jeśli uda się zrozumieć podstawowy kompromis, można określić, jakie rodzaje gatunków mają szansę na sukces, teraz i w przyszłości”.
Wiele wymiarów
Zmierzenie kompromisu ewolucyjnego jest trudne, ponieważ w grę może wchodzić wiele czynników, takich jak temperatura, światło, zagęszczenie substancji odżywczych, obecność drapieżników, zasolenie i inne. „Jednym ze sposobów na przeprowadzenie takich badań jest przeniesienie organizmów do laboratorium, gdzie można manipulować tymi czynnikami w ściśle kontrolowany sposób”, mówi Thomas, pracujący na co dzień na Uniwersytecie Technicznym w Danii. Thomas, który otrzymał wsparcie ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”, dodaje przy tym, że taka analiza jest zbyt kosztowna: „Przeprowadziliśmy takie badanie w kilku przypadkach w dwóch wymiarach, ale tak naprawdę potrzebujemy kilku wymiarów – może nawet sześciu lub więcej”. Zamiast tego, Thomas korzystał z danych wygenerowanych przez naukowców, którzy przez ostatnie 40 lat, co 2 tygodnie pobierali próbki wody z Jeziora Bodeńskiego na granicy Austrii, Niemiec i Szwajcarii. „W miarę jak środowisko zmienia się w czasie, występuje w nim większość przestrzeni przyrodniczej, jaką objąłby eksperyment laboratoryjny”, zauważa. „Oczywiście przebieg takiego badania jest dużo mniej sterylny, ale chodzi o to, że jeśli środowisko różni się w tych wszystkich wymiarach, możemy obliczyć, jak gatunki radziły sobie w każdej kombinacji tych warunków”.
Złożoność
Analizując dane przy pomocy technik uczenia maszynowego, Thomas ku swojemu zaskoczeniu stwierdził, że nie znalazł przykładów kompromisów na zasadzie par: wbrew oczekiwaniom dobre wyniki w jednych warunkach nie oznaczały złych wyników w innych. „Zwykliśmy myśleć o kilku pojęciowo prostych i eleganckich kompromisach w dziedzinie ekologii, które stanowią podstawowe elementy tworzące nasze teorie i modele. Jednak moje badanie nie potwierdziło istnienia tak prostej zależności”, dodaje Thomas. „Potrzebujemy różnorodności we wszystkich wymiarach, aby wyjaśnić, dlaczego wiele gatunków odnosi sukces”. „Dofinansowanie projektu ze środków unijnych dało mi stałą pensję i pozwoliło na podróżowanie w celu spotykania się ze współpracownikami i udziału w konferencjach, co było niezwykle cenne”, mówi Thomas. Obecnie uczony koncentruje się na nowych badaniach wykorzystujących www.lexplore.info (pomiary wykonywane w Jeziorze Genewskim co 6 godzin), obejmujących zarówno fitoplankton, jak i środowisko. Te gromadzone z większą częstotliwością dane pozwolą na uzyskanie dokładniejszego obrazu kompromisów ewolucyjnych, a także lepszych prognoz.
Dalsze prace
„Może to pozwolić nam na przewidywanie krótkookresowych zmian bioróżnorodności jeziora, ale także na bardziej ogólne określenie, jak szerokie zmiany w środowisku – takie jak wzrost temperatury i odpływy pochodzenia rolniczego – mogą wpłynąć na fitoplankton”, wyjaśnia. Chociaż ustalenia te nie odrzucają koncepcji kompromisów ewolucyjnych, sugerują, że związek pomiędzy organizmami a środowiskiem jest bardziej złożony, niż zakładają istniejące modele. „Ilość fitoplanktonu jest ogromna, a liczba komórek tworzących niektóre gatunki o całe rzędy wielkości przewyższa liczbę gwiazd we wszechświecie”, mówi Thomas. „Każde badanie, jakie możemy przeprowadzić, aby lepiej zrozumieć wpływ środowiska na fitoplankton, ma istotne implikacje dla tego, jak nasz świat będzie wyglądał w przyszłości”.
Słowa kluczowe
TROPHY, fitoplankton, mikroalgi, środowisko, kompromis, temperatura, zasolenie, klimat, zmiany