Rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana), niepozorna roślina o drobnych, białych kwiatach, stał się bohaterem jednego z najbardziej ambitnych eksperymentów biologicznych ostatnich lat. Międzynarodowy zespół naukowców przez pięć lat śledził ewolucję tej rośliny na 30 stanowiskach rozsianych po całym świecie, od chłodnych górskich rejonów Europy po gorące pustynie Ameryki Północnej i Bliskiego Wschodu. Wyniki tych badań, opisane w czasopiśmie "Science", pozwalają na nowo spojrzeć na zdolność roślin do przystosowywania się do gwałtownie zmieniających się warunków środowiskowych oraz na granice tej adaptacji.
- Najnowsze informacje z kraju i ze świata znajdziesz na rmf24.pl.
Wszystko zaczęło się jesienią 2017 roku, gdy naukowcy rozesłali 360 plastikowych pojemników z mieszanką nasion rzodkiewnika do laboratoriów i stacji badawczych w Europie Zachodniej i Północnej, regionie śródziemnomorskim, na Bliskim Wschodzie oraz w Stanach Zjednoczonych. W każdym z 30 miejsc wysiano nasiona na 12 niewielkich poletkach, tworząc łącznie 360 populacji. Przez kolejne lata badacze monitorowali wzrost roślin, ich kondycję oraz pobierali próbki do analizy genetycznej.
Celem projektu, zainicjowanego przez międzynarodową sieć badawczą GrENE-net, było zrozumienie, jak szybko i w jaki sposób rośliny są w stanie ewoluować w odpowiedzi na różnorodne, często ekstremalne warunki klimatyczne. Eksperyment miał również odpowiedzieć na pytanie, czy tempo ewolucji jest wystarczające, by rośliny mogły nadążyć za obserowanymi obecnie na Ziemi zmianami klimatu.
Analizy genetyczne przeprowadzone na próbkach z pierwszych trzech lat eksperymentu ujawniły, że w większości lokalizacji populacje rzodkiewnika przetrwały i wykazały wyraźne oznaki adaptacji do lokalnych warunków środowiskowych. W genomach roślin odnotowano miliony zmian, z których wiele powtarzało się w populacjach z podobnych klimatów. Najczęściej dotyczyły one genów odpowiedzialnych za tolerancję na suszę, odporność na wysokie temperatury czy czas kwitnienia.
Naukowcy podkreślają, że te powtarzalne zmiany są dowodem na działanie selekcji naturalnej, mechanizmu, który faworyzuje te warianty genów, które zwiększają szanse roślin na przetrwanie w danym środowisku. Co ciekawe, tempo tych zmian genetycznych było znacznie wyższe, niż przewidywała większość wcześniejszych modeli biologicznych. Oznacza to, że jeśli populacja dysponuje odpowiednio dużą pulą genetyczną, adaptacja może zachodzić w zaskakująco krótkim czasie, nawet w ciągu kilku lat.
Nie wszystkie populacje rzodkiewnika poradziły sobie jednak z wyzwaniami nowych warunków. Szczególnie w najcieplejszych i najsuchszych lokalizacjach, takich jak pustynne rejony czy południowe krańce Europy, część populacji wymarła już po trzech latach. Analizy wykazały, że przed wymarciem w tych populacjach dochodziło do silnych, ale przypadkowych zmian genetycznych, które nie prowadziły do skutecznej adaptacji. Zjawisko to, znane jako dryf genetyczny, jest szczególnie groźne w małych populacjach, gdzie losowe zmiany mogą zdominować proces ewolucji i uniemożliwić selekcji naturalnej wyłonienie korzystnych cech.
Badacze podkreślają, że to właśnie różnorodność genetyczna jest kluczowa dla przetrwania gatunków w obliczu zmian klimatu. Populacje o ograniczonej zmienności genetycznej, zwłaszcza te nieliczne i izolowane, są znacznie bardziej narażone na wymarcie, gdyż brakuje im odpowiednich wariantów genów, które mogłyby umożliwić szybką adaptację.
Wyniki eksperymentu mają znaczenie nie tylko dla teorii ewolucji, ale także dla praktyki ochrony przyrody. Pokazują, że ochrona bioróżnorodności, zarówno na poziomie gatunków, jak i wewnątrzgatunkowej zmienności genetycznej, jest kluczowa dla zapewnienia stabilności ekosystemów w obliczu globalnych zmian środowiskowych. Modele opracowane na podstawie tych badań mogą pomóc w przewidywaniu, które gatunki i populacje są najbardziej zagrożone oraz gdzie konieczne mogą być działania wspierające ich przetrwanie.
Naukowcy planują kontynuować badania, analizując kolejne pokolenia roślin oraz rozszerzając eksperymenty na inne gatunki. Ich ambicją jest uchwycenie "na żywo" procesu ewolucji w naturalnych populacjach, co pozwoli jeszcze lepiej zrozumieć mechanizmy adaptacji i granice, poza którymi nawet najszybsza ewolucja do przetrwania nie wystarczy.