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: „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, 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. 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. 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.
Słowa kluczowe
COMPLEX-FISH, ewolucja fenotypowa, ekosystemy, zależności allometryczne, stres środowiskowy, zmiany ekosystemów
