W jaki sposób cofające się lodowce tworzą nowe ekosystemy
Spowodowane zmianą klimatu cofanie się lodowców na świecie powoduje odkrywanie kolejnych połaci gleby, która jest następnie zasiedlana przez organizmy biologiczne. Naukowcy zadają sobie wiele pytań dotyczących tych społeczności, począwszy od tego, jak powstają i w jaki sposób funkcjonują, skończywszy na tym, czy są w stanie przetrwać. Do tej pory pytania te pozostawały bez odpowiedzi, częściowo z powodu braku kompleksowych badań w tej dziedzinie. Problemem jest złożona struktura tych społeczności, która utrudnia ich identyfikację, a także fakt, że dotychczasowe techniki stosowane do ich badania były czaso- i pracochłonne. Jednak niedawne postępy w zakresie środowiskowego DNA (eDNA) gwałtownie przyspieszyły możliwość wykorzystania analizy życia drobnoustrojów. W ramach finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projektu IceCommunities naukowcy wykorzystali eDNA i inne innowacyjne techniki, aby lepiej zrozumieć ewolucję takich ekosystemów na terenach świeżo odsłoniętych przez cofający się lodowiec. „Realizacja projektu IceCommunities była wyzwaniem, ale także bardzo ekscytującym przedsięwzięciem”, mówi Francesco Ficetola, profesor biologii zwierząt na Uniwersytecie Mediolańskim. „Prowadziliśmy badania terenowe w bardzo trudnych warunkach, jak na przykład na Svalbardzie, niedaleko bieguna północnego, czy też w Himalajach i Andach”.
Globalne badania terenowe na przedpolach lodowców
Zespół projektu IceCommunities wykorzystał metabarkodowanie eDNA, technikę umożliwiającą identyfikację wielu gatunków z jednej próbki środowiskowej. W tym celu naukowcy wybrali się z misją badawczą na przedpola lodowców w kilku obszarach górskich na świecie, gdzie zebrali wymagane próbki środowiskowe. Ich celem było zidentyfikowanie gatunków bakterii, grzybów, roślin i bezkręgowców żyjących w glebie, aby ocenić różnice i podobieństwa w składzie i funkcji poszczególnych ekosystemów. Po pobraniu próbek przeprowadzili oni prace z zakresu biologii molekularnej w warunkach laboratoryjnych.
Poznanie nowych społeczności biotycznych
Analiza wykonana w ramach projektu przyniosła nowe informacje na temat tego, jak wiele elementów składowych różnorodności biologicznej oddziałuje na siebie podczas rozwoju tych społeczności. „Zidentyfikowaliśmy istnienie silnego oddziaływania między roślinami a mikroorganizmami, między roślinami a zwierzętami oraz między roślinami a procesem rozwoju gleby”, dodaje Ficetola. Zespół odkrył również, że tempo rozwoju tych nowych społeczności nie było jednolite we wszystkich badanych miejscach, ponieważ rozwój ekosystemów okazał się szybszy na przedpolach, na których latem panowały łagodne temperatury. „Przedpola położone w chłodniejszym klimacie początkowo są zasiedlane przez mało zróżnicowane społeczności, ale na dalszym etapie tempo kolonizacji przyspiesza, tak że ostatecznie wszelkie różnice w różnorodności biologicznej w poszczególnych reżimach klimatycznych znikają po 150 latach”, wyjaśnia Ficetola. „Wpływ lokalnego klimatu na kolonizację biotyczną doprowadził do wykształcenia się niejednorodnych, ale przewidywalnych wzorców na całym świecie, prawdopodobnie wpływając na zmiany w glebach, które mają kluczowe znaczenie dla rozwoju ekosystemów”.
Bliższe spojrzenie na rozwój ekosystemu roślinnego
Jednym z głównych rezultatów projektu była kompletna analiza interakcji między grzybami mikoryzowymi a roślinami, która została opublikowana na łamach recenzowanego czasopisma „New Phytologist”. Wyniki analizy ukazują złożoną sieć oddziaływań między grzybami symbiotycznymi, zbiorowiskami roślinnymi i rozwojem ekosystemu. „Niektóre z tych grzybów są wspomagane przez zbiorowiska roślinne, co z kolei przyspiesza kolonizację przez kolejne gatunki roślin”, zauważa Ficetola. „Takie sprzężenie zwrotne jest niezwykle ważnym procesem z perspektywy rozwoju całej społeczności”. Uczeni szacują jednak, że obecne globalne zmiany, takie jak kurczenie się pokrywy śnieżnej i inne zmiany mikroklimatu, wpłyną na różnorodność partnerów tej symbiozy mikoryzowej, co może zmienić złożoną sieć interakcji między organizmami i wpłynąć na rozwój gleby oraz związane z tym procesy ekologiczne. Chociaż projekt dobiegł końca, jego zespół kontynuuje analizę danych, pracując głównie nad ukończeniem rekonstrukcji dynamicznych sieci pokarmowych występujących w glebach. „W przyszłości chcielibyśmy zwiększyć skalę naszych wyników, wykorzystując je do opracowania szeroko zakrojonych, uwzględniających warunki przestrzenne scenariuszy dotyczących ekosystemów rozwijających się w tych środowiskach”, mówi Ficetola.
Słowa kluczowe
IceCommunities, lodowiec, lodowcowy, przedpole, ekosystem roślinny, środowiskowe DNA, eDNA, zmiana klimatu, skład ekosystemu, cofanie się, biotyczne, społeczności
