5-letni eksperyment pokazał ewolucję w czasie rzeczywistym — to szansa dla klimatu

Pełny tekst

Trwający 5 lat eksperyment pozwolił zaobserwować procesy ewolucyjne „na żywo” w warunkach naturalnych. Wykazał, że rośliny posiadają nadzwyczajne zdolności adaptacyjne i mogą się przystosować do zmian w błyskawicznym tempie.

Skala i organizacja „supereksperymentu”

Prowadzenie badań nad ewolucją zwykle polega na obserwacji organizmów w warunkach laboratoryjnych. Nie oddaje to jednak złożoności środowiska naturalnego . Projekt GrENE-net, zapoczątkowany w 2015 roku, przeniósł takie badania w teren. Na niespotykaną dotąd skalę.

Aby poznać zdolności ewolucyjne roślin naukowcy założyli 43 ogrody badawcze na trzech kontynentach . Poletka doświadczalne powstały w skrajnie różnych strefach klimatycznych – od alpejskiej po pustynną, m.in. w Niemczech, Francji, Hiszpanii, Holandii, Norwegii, Grecji, Estonii, USA, na pustyni Negew w Izraelu oraz na Kampusie Ochota Uniwersytetu Warszawskiego. W ramach badania pobrano ponad 74 tysiące próbek genetycznych.

Dlaczego wybrano rzodkiewnik?

Gatunkiem modelowym eksperymentu został rzodkiewnik pospolity . W każdym ogrodzie utworzono 12 oddzielnych rabat, na których wysiano mieszankę 231 dzikich linii rzodkiewnika ( Arabidopsis thaliana ) pochodzących z banku nasion ABRC.

Dlaczego wybrano właśnie rzodkiewnika, niepozorną roślinę jednoroczną z rodziny kapustowatych? Był to pierwszy gatunek rośliny, u którego w pełni zsekwencjonowano genom . Naukowcy dokładnie wiedzieli zatem, za co odpowiadają poszczególne geny. Krótki cykl życiowy rośliny umożliwił szybkie śledzenie zmian zachodzących z pokolenia na pokolenie.

Rodkiewnik pospolity jest spokrewniony z rzeżuchą, kalafiorem, kapustą, brokułami , brukselką, rzepakiem i gorczycą.

Jak geny odpowiadają na pogodę?

Kluczowym elementem eksperymentu było ciągłe monitorowanie warunków atmosferycznych i zestawianie ich z danymi genetycznymi. Zamiast sekwencjonować DNA pojedynczych roślin, zbierano je z całej rabaty . – Do sekwencjonowania została użyta metoda PoolSeq, w której nie są sekwencjonowane pojedyncze osobniki, ale DNA wszystkich osobników – wyjaśnia dr hab. Maciej Wódkiewicz.

Pozwoliło to określić dokładną częstotliwość występowania konkretnych alleli (wariantów genów) w całej populacji. Uzyskane wyniki porównywano z wyjściową częstością alleli, z początkowej mieszanki 231 linii rzodkiewnika.

Ewolucja „goni” klimat

Analiza wyników, opublikowana na łamach „Science” przyniosła przełomowe wnioski dotyczące tempa i natury ewolucji. Eksperyment wykazał, powtarzalne zmiany w podobnych klimatach, ale rozbieżne w warunkach kontrastujących .

Zmiany zachodziły m.in. w genach sterujących czasem wiosennego kwitnienia oraz mechanizmami reakcji na stres termiczny. Istotnym czynnikiem okazała się średnia roczna temperatura . Rośliny ze środowisk cieplejszych sprawniej przystosowywały się do nowego otoczenia, jeśli przesadzono je w miejsca o temperaturze niższej o około 1,5°C.

Okazało się też, że szybka adaptacja nie zawsze wystarcza do uniknięcia wymarcia. W najcieplejszych środowiskach zmiany ewolucyjne rozdzielały populacje: jedne przetrwały, inne ginęły . To sugeruje, że istnieją punkty krytyczne, w których skrajna selekcja wygrywa z potencjałem do adaptacji.

W niewielkiej części eksperymentalnych ogrodów trendy ewolucyjne były jednak nieprzewidywalne .

Co to wszystko znaczy?

Wyniki projektu pokazują, że rośliny dysponują ogromnym potencjałem do szybkiej ewolucji . Zrozumienie, gdzie leżą granice adaptacji gatunków jest kluczowe dla przewidywania przyszłości biosfery.

– Nauka ma coraz więcej narzędzi i wiedzy, by móc badać oraz kontrolować ewolucję. Jak daleko ludzkość powinna ingerować w jej procesy, pozostaje kwestią otwartą – podsumowuje naukowiec.

Źródło: Serwis Naukowy Uniwersytetu Warszawskiego

Nasza autorka

Magdalena Rudzka

Redaktorka i wydawczyni National-Geographic.pl. Wcześniej związana m.in. z National Geographic Traveler i magazynem pokładowym PLL LOT Kaleidoscope. Z wykształcenia humanistka (MISH i SNS PAN), ale to przyroda stanowi jej największą pasję. Szczególnie bliskie są jej ekosystemy słodkowodne, a prawdziwym „konikiem” są ryby. W National-Geographic.pl pisze o swoich przyrodniczych pasjach, nauce i medycynie. Prywatnie ceni sobie podróże po nieoczywistych kierunkach, ze szczególnym sentymentem do Europy Środkowej i Wschodniej.