Nowe narzędzia modelowania wpływu ekosystemów na ewolucję
Co sprawia, że dane gatunki rozwijają się lub zanikają? W jaki sposób zmienne elementy złożonych oddziaływań między czynnikami środowiskowymi i genetycznymi wpływają na przetrwanie? Pytania te pojawiają się między innymi w kontekście rozważań na temat wpływu przepisów środowiskowych na niektóre populacje ryb. Często nie wiemy, dlaczego gromady niektórych gatunków ryb są w stanie odtworzyć się po przełowieniu, podczas gdy inne nie są w stanie tego zrobić, pomimo ograniczenia połowów lub całkowitego zamknięcia łowisk. Zrozumienie, w jaki sposób nawet niewielkie zmiany mogą wpływać na wzrost liczebności populacji danego gatunku, może poprawić zrozumienie naszego wpływu na świat przyrody. Jak wyjaśnia Anna Kuparinen(odnośnik otworzy się w nowym oknie): „Istnieją istotne przesłanki, które wskazują, że proces ewolucji zachodzi i wpływa na cechy, które odgrywają również rolę ekologiczną, takie jak rozmiar ciała zwierząt. Dorsz atlantycki jest jednym z kluczowych przykładów tych zjawisk, podobnie jak łososie atlantyckie i pacyficzne. W ramach badań laboratoryjnych udało się wykazać takie zależności w przypadku danio pręgowanego”. Kuparinen stanęła na czele projektu COMPLEX-FISH(odnośnik otworzy się w nowym oknie), który miał na celu lepsze zrozumienie zjawisk wpływających na odporność gatunków oraz regenerację po wystąpieniu negatywnych zjawisk środowiskowych, a także ich zależności od procesów ewolucyjnych. „Chciałam połączyć dziedziny ekologii i ewolucji w celu zbadania złożonych oddziaływań biologicznych”, dodaje Kuparinen, która prowadziła swoje prace dzięki wsparciu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Celem prac było zrozumienie dwóch stron medalu oddziaływań biologicznych. „W praktyce wymagało to modelowania historii życia, dynamiki populacji i zmian ekosystemu”, mówi Kuparinen.
Zależności allometryczne sposobem na uproszczenie złożonych oddziaływań
Zespół projektu COMPLEX-FISH badał tak zwane allometryczne sieci troficzne(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Zależności allometryczne są wykorzystywane w celu powiązania masy ciała gatunków z kilkoma procesami biologicznymi wpływającymi na tempo żerowania i dynamikę gatunków (na przykład tempo oczyszczania, czas obsługi i tempo metabolizmu są parametrami, na które wpływ ma masa ciała gatunków). Model ten może być również wykorzystywany w celu szacowania transferu energii i składników odżywczych między organizmami w społeczności, czyli oddziaływań troficznych. „Opracowałam różne modele allometrycznych sieci troficznych uwzględniających rozkład wieku i masy ciała ryb - ryby w różnym wieku mają różne rozmiary ciała, a tym samym różne funkcje ekologiczne”, wyjaśnia Kuparinen. W ramach projektu badaczka przyjrzała się wpływowi połowów i gatunków inwazyjnych w ekosystemach jezior i mórz, przeanalizowała dane dotyczące struktur sieci pokarmowych opracowane przez partnerów projektu, a także przeprowadziła teoretyczne symulacje z wykorzystaniem sieci pokarmowych skonstruowanych przy użyciu opracowanych przez zespół algorytmów. Rezultatem tych prac jest ewoluujący model ekosystemu, który pozwala na symulację wpływu połowów na ewolucję niektórych gatunków ryb. „Badaliśmy również, w jaki sposób ekosystemy filtrują hałas środowiskowy i wpływ właściwości sieci pokarmowych oraz połowów na ich stabilność”, zauważa Kuparinen.
Ewolucja fenotypowa i związek z ekosystemem
W ramach prac zespół odkrył, że ewolucja fenotypowa, obejmująca obserwowalne cechy organizmu, w tym masę ciała oraz zdrowie, wpływają na ekosystemy i w związku z tym wymagają uwzględnienia w przyszłych badaniach. „Zwróciliśmy również uwagę na czynniki wpływające na stabilność ekosystemu, w tym strukturę sieci pokarmowych, wpływ aktywności człowieka, między innymi rybołówstwa, a także skutki zmiany klimatu, działanie gatunków inwazyjnych oraz występowanie pasożytów”. Kuparinen uważa, że najważniejszym wnioskiem płynącym z badań jest to, że gatunków nie należy badać w oderwaniu od ekosystemów, których część stanowią - skutki oddziaływań mogą bowiem dotyczyć nie tylko badanych gatunków, ale także całych ekosystemów.
