/

Natura zmienną jest

avatar
Dr Joanna Stojak 30 Sie, 6 minut czytania

Świat flory i fauny zachwyca niezliczoną liczbą kolorów i kształtów. Dzięki szerokiemu spektrum zmienności możliwe było wykształcenie tolerancji na różne, często skrajne warunki środowiskowe, a tym samym zajmowanie nawet najbardziej niedostępnych nisz ekologicznych. Przystosowywanie się do określonych warunków i tworzenie się nowych struktur w organizmach zazwyczaj jest procesem bardzo żmudnym i długim. Adaptacje zachodzą bowiem na poziomie molekularnym, zmieniając informację zapisaną w materiale genetycznym (DNA) gatunków [1]. Zmienność genetyczna skutkuje tym, że życie na Ziemi można znaleźć dosłownie wszędzie, w każdym zakamarku. I tym, że jest ono tak różnorodne. Prowadzi to do interakcji międzygatunkowych, które wymagały kolejnych rozwiązań. Ewolucja doprowadziła do wytworzenia wielu ciekawych mechanizmów, z których kilka omówionych zostanie w niniejszym artykule.

Nie ma to jak kamuflaż

Wynalezienie silnika spalinowego w XIX wieku rozpoczęło nową erę w dziejach ludzkości. Zaczął rozwijać się przemysł, co doprowadziło do globalnych zmian środowiska naturalnego i warunków klimatycznych, znacząco wpływając na populacje roślin i zwierząt. Nigdy wcześniej organizmy nie miały tak mało czasu na dostosowanie się do zachodzących zmian. Dla wielu gatunków tempo było zabójcze.

W XIX wieku po raz pierwszy zaobserwowano, że natura nie pozostaje obojętna na rewolucję przemysłową. Na pewno wielu z nas pamięta przytaczany w szkole przykład melanizmu przemysłowego u krępaka (Biston betularia). Ta ćma, stanowiąca pożywienie ptaków, prowadzi nocny tryb życia, za dnia odpoczywając na pniach drzew. W XIX większość owadów miała ubarwienie jasnoszare, doskonale wpasowujące się w kolor porastających pnie drzew mchów. W wyniku mutacji w populacji pojawiały się też nieliczne ćmy ubarwione na ciemno, doskonale widoczne z daleka i bardzo szybko padające łupem ptaków. Industrializacja doprowadziła jednak do zanieczyszczenia powietrza, a wrażliwe na takie zmiany mchy zniknęły. Sytuacja w populacji ciem zmieniła się diametralnie, bardzo szybko prowadząc do przetasowań w puli genetycznej tych owadów. Na ciemnych, pozbawionych mchów pniach drzew to te wcześniej nieliczne osobniki o ciemnym ubarwieniu były niewidoczne i w krótkim czasie osobniki o jasnych skrzydłach zostały wyeliminowane z populacji. Obecnie działania mające na celu ochronę środowiska znów doprowadziły do zmian w częstości występowania alleli i współcześnie to jasnoszare osobniki znów przeważają w populacjach krępaka. Opisany proces zmian w puli genetycznej nazwano doborem naturalnym [2].

Podobne dylematy zaobserwowano w populacji łasicy Mustela nivalis. W Polsce zimą łasice zwykle zmieniają kolor futra z brązowego na białe, aby być mniej widoczne na śniegu. Niestety, coraz krótsze i bezśnieżne zimy przynoszą zupełnie odwrotny efekt, narażając zwierzęta na ataki drapieżników. Obecnie w naszym kraju występuje kilka podgatunków łasic, z których jedne pod wpływem chłodu i coraz krótszego dnia nadal zmieniają kolor futra na jasne, podczas gdy inne pozostają brązowe przez całą zimę. Analizy wykazały, że z roku na rok w polskich lasach przybywa łasic brązowych, a populacja łasic wykorzystujących zimowy kamuflaż jest coraz mniejsza. Im większy kontrast koloru ciała osobnika i otoczenia, tym większa szansa, że łasica padnie łupem drapieżnika. Co ciekawe, łasice brązowe i bielejące mogą swobodnie się krzyżować, ale ich potomstwo przybiera jedną z dwóch form rodzicielskich, a nie formę pośrednią [3]. Podobny kamuflaż stosują również występujące w Polsce gronostaj i zając bielak, których populacje zimą borykają się z tymi samymi problemami.

Identyczną zależność między zmianami klimatu a zmianą ubarwienia odnotowano również w Kanadzie i na północy Stanów Zjednoczonych w populacjach zająca amerykańskiego. Z powodu globalnego ocieplenia klimatu zimą na zajmowanych przez zające obszarach pada coraz mniej śniegu i białe osobniki widoczne są na otwartych terenach jak na dłoni [4]. Jeśli zwierzęta nie zdążą przystosować się w krótkim czasie do nowych warunków klimatycznych i środowiskowych, czeka je zagłada. Warto zauważyć, że zmiana koloru sierści odbywa się bez woli zwierząt, sterowana przez skomplikowany proces chemiczny zachodzący w mózgu pod wpływem długości światła i temperatury docierających do podwzgórza w różnych fazach roku. Naukowcy zauważyli jednak, że w populacji bielejących łasic czas zmiany koloru futra uległ przesunięciu. Procesy adaptacyjne trwają w najlepsze [3].

Co mi zrobisz, jak mnie złapiesz?

Środowisko naturalne i klimat ciągle się zmieniają, zatem wszystkie organizmy żywe muszą nieustannie ewoluować, aby z sukcesem dostosować się do otaczającego świata. Te, które tego nie zrobią, po prostu wyginą. Często nie mamy świadomości, że wokół nas odbywają się właśnie igrzyska śmierci i wyścig zbrojeń, a przetrwają tylko nieliczni.

Niestety, obecnie bardzo silną presję wywierają również działania człowieka, które szkodzą nie tylko światowym populacjom roślin i zwierząt, ale i samej ludzkości. Czy tego chcemy czy nie, my również jesteśmy częścią wyścigu. Pasożyty, wirusy, bakterie – one wszystkie wciąż ulepszają się, mutują, tworząc nowe, często zaskakujące nas formy, pozostając nadal jeden krok przed nami. W przeszłości borykaliśmy się z licznymi, powracającymi falami epidemii różnych chorób. Dzięki wynalezieniu antybiotyków i opracowaniu szczepionek wysunęliśmy się na prowadzenie, ale nie na długo. Bakcyle zmieniały się, omijając nasze medyczne zabezpieczenia, w konsekwencji czego pojawiały się kolejne nowe rozwiązania. Nie bez powodu farmacja jest jedną z najszybciej rozwijających się gałęzi medycyny. Niestety, nieodpowiedzialne, często pochopne masowe stosowanie antybiotyków doprowadziło do antybiotykoodporności na szeroką skalę. Statystyki są druzgocące – ponad połowa Polaków uważa, że antybiotyki są skutecznym lekiem na grypę, która przecież wywoływana jest przez wirusa, a nie przez bakterię. Badania pokazały również, że często przyjmujemy antybiotyki „na zapas” albo niezgodnie z dawkowaniem (np. rezygnujemy z kolejnej dawki z powodu lepszego samopoczucia). Antybiotyki wykorzystywane są także w rolnictwie, przedostając się do gleby i wód gruntowych. Bezsprzecznie ten bicz ludzkość ukręciła na siebie sama. Obecnie stoimy w obliczu zbliżającej się katastrofy, gdy drobnoustroje będą odporne na wszystkie znane nam antybiotyki [5, 6]. Już dziś leczenie chorób takich jak gruźlica czy zapalenie płuc okazuje się coraz trudniejsze, a w wyniku zwiększania dawek w terapii również coraz bardziej kosztowne.

W 1973 roku powstała hipoteza Czerwonej Królowej, nawiązująca do powieści Lewisa Carrolla. Proces ewolucyjnego wyścigu zbrojeń opisano w niej jako wynik silnej konkurencji, która wymusza stałe, kierunkowe zmiany u współzależnych gatunków. Prowadzi to do koewolucji, w której wszystkie zmiany są ze sobą powiązane, a współzależne gatunki dostosowują się do siebie nawzajem. Przykładem są interakcje pomiędzy drapieżnikami i ich ofiarami, które łatwo można przedstawić za pomocą dwóch podążających za sobą sinusoidalnych ścieżek. Drapieżniki muszą być coraz szybsze, aby dogonić coraz szybsze ofiary. Zmienność ta jest również widoczna w cyklach populacyjnych – jeśli populacja ofiar zmniejszy się, nie wszystkie drapieżniki będą miały co jeść i ich liczebność także zostanie zredukowana. Ta redukcja z kolei pozwoli na odbudowanie się populacji ofiar, a w konsekwencji najedzony drapieżca wyda na świat więcej potomstwa. Podobna zależność została zaobserwowana w populacjach gryzoni, których liczebność waha się cyklicznie, osiągając maksimum w latach nasiennych, czyli w okresie, gdy dęby i buki produkują nadzwyczaj dużą liczbę nasion [7].

Warto zauważyć, że długotrwały wyścig zbrojeń i nieustanne adaptacje nie tylko zapobiegają wymieraniu lub przetrwaniu najlepiej przystosowanych osobników. Ważną konsekwencją jest również powstawanie zupełnie nowych, odrębnych linii genetycznych lub gatunków, co przekłada się na bioróżnorodność.

Małe jest wielkie

Nie zawsze jednak adaptacje skutkują spektakularnymi wydarzeniami, takimi jak masowe wymierania czy narodziny nowych gatunków. W naturze czasem niewielka zmiana robi olbrzymią różnicę. W 1949 roku prof. August Dehnel zauważył, że narządy wewnętrzne ryjówek zmieniają się sezonowo. Badania wykazały, że czaszka tych małych ssaków owadożernych osiąga największe rozmiary w maju-czerwcu, po czym kurczy się i osiąga minimum w okresie od grudnia do lutego. W ten sposób mózgoczaszka ryjówkowatych zmniejsza się na zimę nawet o 15-20%, w konsekwencji obniżając ciężar mózgu o 20-30%. Redukcji ulegają również narządy wewnętrzne i długość kręgosłupa. Organy zwiększają się ponownie wiosną, jednak nigdy nie osiągają maksymalnych rozmiarów z poprzedniego sezonu. Ryjówki mają bardzo szybki metabolizm i brak odpowiedniej ilości energii prowadzi w krótkim czasie do śmierci. Zmniejszanie rozmiarów organów wewnętrznych jest zatem strategią oszczędzania energii w okresie, w którym trudno zdobyć pożywienie, bo ryjówkowate nie zapadają w sen zimowy. Odkrycie to nazwano zjawiskiem Dehnela [8, 9]. Co ciekawe, nadal nie wiadomo w jaki sposób dochodzi do redukcji narządów, ani jak wpływa to na funkcje poznawcze tych małych drapieżników [9].

Podsumowanie

W przyrodzie stabilność nie jest dobrze widziana. To zmienność na różnych poziomach warunkuje rozkład sił między różnymi gatunkami w różnych środowiskach i warunkach klimatycznych. Dookoła nas codziennie toczą się bitwy o to, kto przetrwa, kto zginie, kto rozszerzy swój zasięg występowania. Konsekwencje wielu współcześnie zachodzących zmian poznamy dopiero w przyszłości. Wiele z tych zmian będzie nietrafionych, wiele selekcja naturalna usunie z populacji, ale najważniejsze jest, aby wśród nich pojawiały się te nieliczne, które zadecydują o „być albo nie być” poszczególnych gatunków. W tym także i nas.

 

Literatura:

[1] Futuyma D. J. 2005. Evolution. Sinauer Associates INC.

[2] Darwin K. 2013. O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego. Wydanie II. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego.

[3] Atmeh K., Andruszkiewicz A, Zub K. 2018. Climate change is affecting mortality of weasels due to camouflage mismatch. Scientific Reports 8: 7648.

[4] Zimova M., Mills L. S., Nowak J. J. 2016. High fitness costs of climate change‐induced camouflage mismatch. Ecology Letters 19 (3): 299-307.

[5] Zhang R., Eggleston K., Rotimi V., Zeckhauser R.J. 2006. Antibiotic resistance as a globar threat: evidence from China, Kuwait and the United States. Globalization and Heath 2: 6.

[6] Purdom G. 2007. Antibiotic resistance of bacteria: an example of evolution in action? Answers 2(3): 74-76.

[7] Cornulier T., Yoccoz N. G., Bretagnolle V., Brommer J. E., Butet A., Ecke F., Elston D. A., Framstad E., Henttonen H., Hörnfeldt B., Huitu O., Imholt Ch., Ims R. A., Jacob J., Jędrzejewska B., Millon A., Petty S. J., Pietiäinen H., Tkadlec E., Zub K., Lambin X. 2013. Europe-wide dampening of population cycles in keystone herbivores. Science 340 (6128) : 63-66.

[8] Dehnel A. 1949. Badania nad rodzajem Sorex L. Annales Universitatis Mariae Curie Skłodowska, Sectio C – Biologia 2: 17-102.

[9] Lázaro J., Dechmann D. K. N., LaPoint S., Wikelski M., Hertel M. 2017. Profound reversible seasonal changes of individual skull size in a mammal. Current Biology 27: R1106-R1107.

 

Obrazek tytułowy: https://www.freepik.com/premium-photo/blue-butterfly-morpho-anaxibia-isolated_5001266.htm#page=1&query=animals%20photo&position=16

Podziel się: