Κοραλλιογενείς ύφαλοι που πεθαίνουν, τροπικά δάση που μεταμορφώνονται σε σαβάνες, λιβάδια που μετατρέπονται σε ερήμους – αυτά είναι «σημεία αιχμής» του οικοσυστήματος, οριακές γραμμές που θέλουμε απεγνωσμένα να μην διασχίσουμε.
Σε δυναμικά συστήματα γεμάτα ζωή, αυτά τα κρίσιμα κατώφλια δεν είναι σταθερά. Δεδομένου ότι οι οργανισμοί μπορούν να εξελιχθούν, τα σημεία αιχμής σε αυτά τα οικοσυστήματα μπορεί επίσης να εξελιχθούν.
Οι περισσότεροι από εμάς πιστεύουμε ότι η εξέλιξη είναι μια παγετώδης διαδικασία, πολύ αργή για να γίνει μάρτυρας σε μια μόνο ζωή. Αλλά η εξέλιξη, ειδικά στον μικροβιακό κόσμο, μπορεί να συμβεί πολύ γρήγορα. Εξετάστε τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια που αναδύονται μέσα σε χρόνια ή τον ιό που προκαλεί τον COVID που εξελίσσει νέες παραλλαγές σε λίγους μήνες. Όταν οι συνθήκες είναι κατάλληλες, η εξέλιξη μπορεί να πάει σε υπερένταση — αν και αυτό συνήθως δεν είναι καλό για εμάς.
Η τελευταία μας έρευνα, που δημοσιεύτηκε σήμερα στο Φύση Οικολογία και Εξέλιξηαποκαλύπτει τα πρώτα πειραματικά στοιχεία ότι η συμπεριφορά του σημείου αιχμής μπορεί πράγματι να εξελιχθεί και να εξελιχθεί γρήγορα. Αυτό δημιουργεί μια συναρπαστική προοπτική: θα μπορούσε η κατανόηση της εξέλιξης των σημείων ανατροπής να μας βοηθήσει να οδηγήσουμε τα οικοσυστήματα μακριά από την κατάρρευση;
Ισορροπίες, διαφορετικότητα και αποκλεισμός
Τα σημεία ανατροπής είναι κρίσιμα κατώφλια όπου μια μικρή αλλαγή στις περιβαλλοντικές συνθήκες μπορεί να οδηγήσει σε μια δραματική και συχνά μη αναστρέψιμη αλλαγή στην κατάσταση ενός οικοσυστήματος. Τι ακριβώς όμως σημαίνει αυτό;
Μια οικολογική κοινότητα είναι ένα δίκτυο ειδών που αλληλεπιδρούν –φυτά, ζώα και μικροοργανισμοί– που ζουν στην ίδια περιοχή και συνδέονται μεταξύ τους μέσω διαφόρων σχέσεων όπως η θήρευση, ο ανταγωνισμός και η συμβίωση.
Μια υγιής οικολογική κοινότητα έχει ένα ισορροπημένο μείγμα ειδών που επιτελούν ουσιαστικούς ρόλους. Συμβάλλουν σε υπηρεσίες όπως η επικονίαση, ο κύκλος των θρεπτικών ουσιών, ο καθαρισμός του νερού και η κλιματική ρύθμιση.
Όταν ένα οικοσύστημα ωθείται προς ένα σημείο καμπής λόγω στρεσογόνων παραγόντων όπως η κλιματική αλλαγή, η καταστροφή των οικοτόπων ή η ρύπανση, αυτή η ισορροπία διαταράσσεται.
Η υπέρβαση αυτών των ορίων οδηγεί συχνά σε λιγότερο διαφορετικές κοινότητες που αποτυγχάνουν να εκτελέσουν βασικές λειτουργίες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εξαφάνιση ειδών και την απώλεια ζωτικών υπηρεσιών οικοσυστήματος.
Πάρτε για παράδειγμα τους κοραλλιογενείς υφάλους. Τα κοράλλια έχουν μια συμβιωτική σχέση με τα μικροσκοπικά φύκια που ονομάζονται zooxanthellae. Η άνοδος της θερμοκρασίας των ωκεανών ωθεί το οικοσύστημα προς ένα σημείο καμπής: ένα κρίσιμο θερμικό κατώφλι πέρα από το οποίο τα κοράλλια διώχνουν τα φύκια σε μια διαδικασία γνωστή ως λεύκανση κοραλλιών.
Εάν οι αγχωτικές συνθήκες επιμείνουν, το οικοσύστημα μετατοπίζεται από έναν ζωντανό ύφαλο με βιοποικιλότητα σε ένα άγονο υποθαλάσσιο τοπίο. Αυτό μπορεί να οδηγήσει στην κατάρρευση ολόκληρου του οικοσυστήματος των υφάλων και στην απώλεια της θαλάσσιας ζωής που βασίζεται σε αυτό.
Έτσι, γνωρίζουμε ότι τα σημεία ανατροπής είναι ζωτικής σημασίας για να τα κατανοήσουμε. Αλλά η παρατήρηση και η χαρτογράφηση της συμπεριφοράς του σημείου αιχμής σε αυτά τα πολύπλοκα συστήματα είναι εξαιρετικά δύσκολη.
Για να εξερευνήσουμε πώς η εξέλιξη μπορεί να επηρεάσει τα σημεία καμπής, στραφήκαμε στον μικροσκοπικό κόσμο.
Εξέλιξη σε πραγματικό χρόνο
Τα βακτήρια αναπαράγονται με εκπληκτικές ταχύτητες, επιτρέποντάς μας να παρακολουθούμε την εξέλιξη όπως συμβαίνει. Σε διάστημα μόλις 400 ημερών, καθοδηγήσαμε μια πρότυπη μικροβιακή κοινότητα Ε. coli μέσα από 4.000 γενιές. Αυτό θα ισοδυναμούσε με περίπου 100.000 χρόνια για τον άνθρωπο.
Ένα από τα μοναδικά προνόμια της εργασίας με μικρόβια είναι η ικανότητά μας να τα παγώνουμε, όπως τα βιολογικά στιγμιότυπα στο χρόνο. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να αποθηκεύσουμε την αρχική «προγονική» κοινότητα και αργότερα να την αναβιώσουμε για να τη συγκρίνουμε με τους εξελιγμένους απογόνους της.
Εκθέτοντας τόσο τις προγονικές όσο και τις εξελιγμένες κοινότητες σε μια σειρά περιβαλλοντικών πιέσεων, μπορούσαμε να παρατηρήσουμε πότε παρέμειναν σταθερές και πότε κατέρρευσαν.
Ανακαλύψαμε ότι η εξέλιξη μπορεί να κόψει και τις δύο κατευθύνσεις.
Καθώς τα είδη συνεξελίχθηκαν για να προσαρμοστούν καλύτερα σε καλοήθεις συνθήκες, έγιναν πιο ευαίσθητα στο στρες. Αυτό δεν είχε κανένα αντίκτυπο μέχρι να εκθέσουμε την κοινότητα σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες. Αυτό προκάλεσε απροσδόκητη αποσταθεροποίηση, φέρνοντας το σημείο καμπής πιο κοντά και προκαλώντας κατάρρευση νωρίτερα από το αναμενόμενο.
Από την άλλη πλευρά, όταν εξελίξαμε ειδικά την κοινότητα για να αντέχει το περιβαλλοντικό στρες, τα είδη προσαρμόστηκαν με τρόπους που τους επέτρεψαν να συνυπάρχουν κάτω από πολύ πιο σκληρές συνθήκες. Αυτό ουσιαστικά καθυστέρησε το σημείο καμπής.
Ένα νέο μοντέλο
Για να δείξουμε αυτές τις οικολογικές αλλαγές, αναπτύξαμε ένα μαθηματικό μοντέλο που μπορεί να επιτρέψει σημεία καμπής.
Προσαρμόζοντας βασικούς παράγοντες όπως τα επίπεδα ανταγωνισμού, η αντοχή στο στρες και οι ρυθμοί ανάπτυξης ειδών, θα μπορούσαμε να προσομοιώσουμε πώς διαφορετικές εξελικτικές αλλαγές επηρεάζουν την τροχιά ενός ολόκληρου οικοσυστήματος.
Αν θέλουμε να προβλέψουμε τη σταθερότητα των οικοσυστημάτων, το να έχουμε έναν τρόπο να συμπεριλάβουμε την εξέλιξη είναι ένα σημαντικό βήμα.
Από τη μία πλευρά, τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η «κατευθυνόμενη εξέλιξη» – με τους ανθρώπους να βοηθούν τα είδη να προσαρμοστούν στις περιβαλλοντικές αλλαγές – θα μπορούσε να ενισχύσει την ανθεκτικότητα του οικοσυστήματος και να αποτρέψει την κατάρρευση.
Από την άλλη πλευρά, η έρευνά μας μας προειδοποιεί ότι η εξέλιξη δεν είναι πάντα σωτήρια. Για παράδειγμα, οι εξελικτικές αλλαγές που αυξάνουν την εξάρτηση ή τον αντίκτυπο ενός είδους από ένα άλλο είδος μπορεί να επιταχύνουν την αποσταθεροποίηση, κάνοντας τα σημεία ανατροπής να φτάνουν νωρίτερα από ό,τι θα θέλαμε.
Καθώς παλεύουμε με πρωτοφανείς περιβαλλοντικές προκλήσεις, η κατανόηση του ρόλου της εξέλιξης στη σταθερότητα του οικοσυστήματος γίνεται πιο κρίσιμη από ποτέ. Ακριβώς όπως η εξέλιξη μπορεί να βοηθήσει τα επιβλαβή βακτήρια να ξεπεράσουν τα αντιβιοτικά μας, μπορεί επίσης να μετατοπίσει τα σημεία αιχμής ολόκληρων οικοσυστημάτων, προς το καλύτερο ή το χειρότερο.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Δημοσιεύθηκε – 25 Σεπτεμβρίου 2024 07:01 μ.μ. IST
