Czy życie na Ziemi poradzi sobie ze zmianą klimatu?
Przyroda poszukuje rozwiązań na zasadzie prób i błędów – poprzez dobór naturalny. Naukowcy w dziedzinie genetyki ewolucyjnej od ostatnich stu lat badają procesy biologiczne. Dziś zmiana klimatu zmusza rośliny i zwierzęta do przystosowania się do nowych warunków, jednak nadal niewiele wiemy na temat ich możliwości adaptacyjnych.
Interdyscyplinarna współpraca
Czerpiąc inspirację z biologii ewolucyjnej, zespół informatyków wykorzystał sztuczną selekcję do ulepszenia programów komputerowych. W ten sposób powstała nowa dziedzina, obliczenia ewolucyjne, która nie jest ściśle związana z modelowaniem w biologii. Celem finansowanego przez UE projektu RACE, realizowanego w Austriackim Instytucie Nauki i Technologii, było połączenie tych różnych dziedzin. Na początku Barbora Trubenová, badaczka z projektu RACE, musiała przenieść powszechnie wykorzystywane przez informatyków metody na grunt biologii. „Te dwie dziedziny mają dużo wspólnego, a metody stosowane w obliczeniach ewolucyjnych mogą pomóc uzyskać odpowiedzi na pytania nurtujące naukowców w dziedzinie biologii ewolucyjnej”, wyjaśnia. „Z kolei metody zaczerpnięte z genetyki populacyjnej mogą być wykorzystywane w obliczeniach ewolucyjnych”. Następnie Trubenová i jej współpracownicy z Uniwersytetu w Birmingham (Zjednoczone Królestwo) i Instytutu im. Hasso Plattnera w Poczdamie (Niemcy) stworzyli złożony model, który umożliwia poznanie reakcji organizmów na zmieniające się środowisko.
Specjalizacja a przetrwanie
Problem jest skomplikowany: opracowane przez badaczkę modele uwzględniały wiele genów, które mogły poprawiać lub pogarszać przystosowanie organizmu, a tym samym wpływać na jego przetrwanie w różnych warunkach środowiskowych. Rezultat zależy od połączenia kilku aspektów: wielkości populacji, konieczności doboru naturalnego i częstotliwości zmian środowiskowych. „Wykazaliśmy, że choć częste zmiany warunków środowiskowych utrudniają adaptację, to w pewnych przypadkach mogą chronić gatunek przed wyginięciem”, zauważa Trubenová. „Dzieje się tak, gdy częste zmiany środowiskowe uniemożliwiają wykształcenie nadmiernej specjalizacji, wskutek czego powstaje populacja, która jest w stanie przetrwać w różnych warunkach, choć nie będzie się rozwijać”. Trubenová prowadziła prace badawcze dzięki wsparciu udzielonemu w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”. Jak sama twierdzi, pozwoliło jej to uczestniczyć w konferencjach i dzielić się wynikami swoich badań. „Doceniałam swobodę, jaką dawało mi bycie swoim własnym szefem, praca nad własnym projektem i wykonywanie wyznaczonych przez siebie zadań”, wyjaśnia.
Ewolucja nauczana w szkołach
Jednocześnie Trubenová prowadziła działania zorientowane na popularyzację biologii ewolucyjnej, takie jak organizacja konkursu dla słowackich uczniów szkół średnich. „Uczniowie słowackich szkół średnich niewiele wiedzą o ewolucji, więc postanowiliśmy to zmienić”, mówi badaczka. Jej współpraca ze szkołami trwa już prawie cztery lata. Trubenová pracuje obecnie na Politechnice Federalnej w Zurychu (Szwajcaria), gdzie bada ewolucję antybiotykooporności biofilmów. Badaczka mówi, że kiedy zaczęła zajmować się obliczeniami ewolucyjnymi w biologii w 2017 roku, te dwie dziedziny rzadko były ze sobą łączone, ale w ostatnim czasie się to zmieniło. „Nie istniały żadne poligeniczne modele adaptacji do zmieniającego się środowiska, dlatego musieliśmy stworzyć własne we współpracy z informatykami”, dodaje. „Kiedy zaczynałam, nikt nie realizował podobnych badań. Teraz to się zmieniło, a obliczenia ewolucyjne zyskały na popularności”.
Słowa kluczowe
RACE, ewolucja, naturalny, dobór, obliczenia, model, genetyczny, matematyczny, współpraca
