Nowe sposoby wykorzystywania rdzeni osadów w celu badania starożytnych ekosystemów
Innowacyjne techniki opracowane w celu analizy starożytnego DNA roślin znalezionego w rdzeniach osadów pobranych z jezior w Arktyce i innych miejscach na kontynencie europejskim rzucają nowe światło na zmiany ekosystemów w czasie. „Rdzenie osadów są swoistymi archiwami zmian ekosystemu”, wyjaśnia Inger Greve Alsos, koordynatorka projektu IceAGenT i wykładowczyni biologii na Uniwersytecie w Tromsø - Arktycznym Uniwersytecie Norwegii(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Dysponujemy danymi z wielu różnych lokalizacji, dzięki czemu możemy oddzielić ogólne wzorce od zmian występujących w danej lokalizacji”, mówi. „Pogłębiliśmy naszą wiedzę na temat czasu budowy ekosystemów oraz czynników powodujących ich zmiany w czasie”. Badaczka zauważa, że budowa stabilnych i odpornych ekosystemów zajmuje tysiąclecia, a nie dziesięciolecia czy stulecia - to znacznie dłużej, niż uważano dotychczas. Ponadto znalezienie rdzeni sięgających daleko w przeszłość jest wyzwaniem. „Mamy jakieś 50 do 60 rdzeni, które obejmują mniej więcej cały holocen. Mamy też wiele innych rdzeni, które obejmują część tego okresu, a także kilka, które sięgają dalej w przeszłość”.
Zrozumienie interakcji roślin i zwierząt
Warstwy osadów w rdzeniu są datowane przy pomocy badania izotopu 14C. DNA jest wyodrębniane w laboratorium. Zespół udoskonalił metody metabarkodowania DNA(odnośnik otworzy się w nowym oknie), aby zwiększyć wykrywalność zarówno ssaków, jak i roślin w tej samej próbce. Gatunki są identyfikowane przy użyciu bibliotek referencyjnych sekwencji DNA, takich jak PhyloNorway(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracowana na Uniwersytecie w Tromsø. Przed ich opracowaniem naukowcy mogli badać zmiany roślin poprzez analizę pyłków, a do badania populacji zwierząt służyły skamieniałości. „Teraz jesteśmy w stanie lepiej zrozumieć interakcje między roślinami i zwierzętami oraz to, jak zmieniały się one wraz z klimatem i rosnącym wpływem ludzi. Dotychczas nie było to możliwe”, wyjaśnia Alsos. Zespół opracował innowacyjny system blokowania DNA w celu zmniejszenia zakłóceń powodowanych przez ludzkie DNA, które utrudniają analizę DNA ssaków. System ten został wykorzystany do wykrycia wcześniejszych interakcji między roślinami a zwierzętami. „W północnej Fennoskandii stwierdziliśmy, że zwierzęta przybyły po istotnej zmianie roślinności - nie mogły być zatem jej przyczyną”, dodaje Alsos. Wcześniej ta informacja nie była znana badaczom. Zespół odkrył także, że pojawienie się bydła w Alpach miało duży wpływ na różnorodność roślin.
Wzorce migracji roślinności
Oszczędzające czas i przystępne cenowo metody metabarkodowania pozwoliły na uzyskanie szczegółowych danych na temat reakcji roślin na przeszłe zmiany klimatu. Próbki pobrane w 10 lokalizacjach w północnej Fennoskandii wykazały pojawienie się roślin i zwierząt po topnieniu skandynawskiej pokrywy lodowej w epoce wczesnego holocenu, które miało miejsce około 8 000 do 11 000 lat temu. Wzorce migracji gatunków okazały się być bardziej złożone niż proste przemieszczanie się z południa na północ w wyniku zmiany klimatu. Zdaniem Alsos, na pojawienie się gatunków roślin miała również wpływ konkurencja z istniejącymi roślinami i bariery utrudniające rozprzestrzenianie się. Niektóre rośliny występujące obecnie na najwyższych wysokościach alpejskich pojawiły się dopiero w holocenie, nie zaś pod koniec epoki lodowcowej. Sugeruje to znacznie wolniejsze rozprzestrzenianie się niż sądzono dotychczas. „Byłem zaskoczona odkryciem, że niektóre rośliny przystosowane do zimnych warunków pojawiły się wiele tysięcy lat później niż dotychczas uważano”, mówi Alsos. Metoda multipleksowania metabarkodingu umożliwiła analizę wykraczającą poza poziom gatunku w celu określenia szlaków rozprzestrzeniania się roślin. „Odkryliśmy, że północna Fennoskandia była wielokrotnie kolonizowana przez różne populacje źródłowe, zatem postglacjalne szlaki rozprzestrzeniania się są bardziej złożone, niż nam się wydawało”, zauważa Alsos.
Zaawansowane modelowanie ekosystemów
W ramach projektu badacze opracowali zaawansowany model. Jego możliwości wykraczały poza tradycyjne modele oparte na klimacie, uwzględniał bowiem dane dotyczące interakcji gatunków, roślinożerców i konkurencji, a także zmienne klimatyczne, aby umożliwić przewidywanie przyszłych reakcji ekosystemu na skutki zmiany klimatu. Podobne prace prowadzone są w ramach finansowanego przez UE projektu MEMELAND realizowanego przez tę samą uczelnię, w ramach którego badacze analizują ślad ekologiczny w czasie. Projekt IceAGenT został sfinansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie).