Ewolucja Express

Środowisko jest zmienne. Zawsze takie było. Ale tempo tych zmian nie wszędzie i nie zawsze jest takie samo. Wybuch wulkanu może zmienić lokalny ekosystem w ciągu kilku godzin. Duże wybuchy w dalekiej przeszłości wpływały na klimat całej planety w ciągu zaledwie kilku miesięcy. Nie każdy organizm do tak szybko zmieniających się warunków potrafił się dostosować. W środowisku naturalnym najlepiej funkcjonują te organizmy, które znalazły sobie niszę ekologiczną. Dostosowały się do niej. To miejsce czy umiejętności, w których nie mają konkurencji. Na przykład organizmy żyjące w ekstremalnych warunkach, w pobliżu źródeł geotermalnych na dnie oceanu. Kłopoty pojawiają się, gdy warunki środowiskowe zaczynają się szybko zmieniać. Znika nisza, a wraz z nią lokalna (czy globalna) populacja wąsko wyspecjalizowanych organizmów. Zupełnie inaczej wygląda sprawa z punktu widzenia życia o szerokiej specjalizacji. Organizmów, które potrafią funkcjonować na przykład w szerokim zakresie temperatur. Muszą walczyć o przetrwanie z naturalnymi wrogami, bo ich terytorium (nie tylko to geograficzne) często nakłada się na terytoria innych zwierząt (roślin). Ale brak specjalizacji oznacza, że zmiany środowiskowe nie są aż tak bolesne.

Kapusta pokonała suszę
Niezależnie jednak od tego, czy jakiś organizm jest wyspecjalizowany, czy nie, zawsze dąży, żeby środowisko, w jakim przebywa, było dla niego optymalne. Może zmieniać miejsce swojego bytowania albo dostosowywać się, na przykład zmieniając ubarwienie czy swoje zwyczaje lęgowe. Kilka lat temu prof. Arthur Weis z University of California w Irvine, w USA, w warunkach szklarniowych wysiał kapustę polną (Brassica rapa). Jej nasiona regularnie zbierał na polach od roślin dziko rosnących. Część nasion zebrał w 1997 r., niedługo przed tym, jak Kalifornię nawiedziła kilkuletnia susza, a resztę w 2004 r., gdy susza się skończyła. Następnie nasiona każdej grupy wysiano na trzech różnych grządkach i podlewano różną ilością wody. Na jednej grządce kapusta rosła w warunkach niemalże pustynnych, a na innej na terenie podmokłym. Okazało się, że niezależnie od wilgotności podłoża, rośliny, które wyrastały z nasion zebranych po okresie suszy, czyli w 2004 r., kwitły wcześniej.

Ta cecha w warunkach, do których kapusta polna była przyzwyczajana przez okres kilkuletniej suszy, pozwalała wyprodukować nasiona, zanim gleba wysuszyła się na kość. Tymczasem rośliny, które wyrosły z nasion zebranych przed okresem suszy, kwitły później, bo ich wcześniejsze generacje nigdy nie były popędzane przez niekorzystne warunki klimatyczne. Późnokwitnące rośliny na grządce, którą badacze podlewali najoszczędniej, zwiędły, zanim wydały nasiona, podczas gdy wczesnokwitnące na tym samym poletku poradziły sobie świetnie z niesprzyjającymi warunkami. Podsumowując doświadczenie, obliczono, że kilkuletnia susza przyspieszyła cykl generacyjny kapusty polnej aż o 16 proc. w ciągu zaledwie siedmiu pokoleń. Krótko, prawda?

Kto pierwszy, ten lepszy
Czy zaobserwowane w Irvine zmiany nie są jednak wynikiem „elastyczności” organizmów żywych. Jeżeli wiosna przyjdzie szybciej – szybciej zakwitną krokusy. Jeżeli lato będzie ciepłe – szybciej dojrzeją jabłka. Z kapustą polną było jednak inaczej. Na różnych grządkach panowały różne warunki wegetacji. A mimo to wzrost rośliny i długość ich cyklu generacyjnego były uzależnione nie od tych warunków, jakie miało ostatnie pokolenie, ale od tego, w jakich warunkach rozwijały się pokolenia wcześniejsze. W Kanadzie niektóre gatunki wiewiórek wcześniej dochowują się potomstwa, bo tylko wtedy mają szansę na zgromadzenie większej ilości zapasów na zimę. Potomstwo rodzi się wcześniej, nawet gdy zima jest nietypowo zimna, mimo że to oznacza mniejsze szanse na przeżycie. W klimacie trochę cieplejszym małe wiewiórki nie są jednak zagrożone niskimi temperaturami.

Nieco cieplejsze zimy przekonały niektóre pokrzewki czarnołbiste (Sylvia atricapilla) – małe ptaki zamieszkujące praktycznie całą Europę – do zmiany swoich przyzwyczajeń wędrownych. Kapturki – bo tak brzmi potoczna nazwa tego ptaka – zamieszkujące północne krańce Europy między październikiem a marcem zimowały w Hiszpanii, Portugalii i Afryce Północnej. Od jakiegoś jednak czasu część z nich nie odlatuje, tylko pozostaje w Europie. Losy ewolucyjne tej grupy ptaków, które zostają, mogą potoczyć się innym torem niż tych, które na zimę opuszczają Europę. Osobniki, które muszą na swoje tereny lęgowe dolecieć z południa, już na starcie „nowego sezonu” są na straconej pozycji w porównaniu z tymi, które pozostają na zimę na północy. Te ostatnie są szybciej na miejscu, więc mogą wybrać lepszą lokalizację swoich gniazd. Mogą też wcześniej rozpocząć okres lęgowy, a to oznacza, że mają lepszy dostęp do pożywienia, czyli – w konsekwencji – dochowują się silniejszego potomstwa. To oczywiście scenariusz optymistyczny. Wystarczy, że kilka lat z rzędu zima będzie surowsza, by populacja pokrzewek czarnołbistych, które nie odlatują na zimę, przestała istnieć.

Kaskada ocieplenia
Uczeni z Field Museum of Natural History w Chicago, USA, odkryli, że z niewielkiej rybki z rodziny garbikowatych zamieszkującej wody zachodniego Pacyfiku w ciągu ostatnich kilkunastu lat powstały trzy nowe gatunki. Różnią się wielkością, kolorem, ale także miejscem żerowania. Nie wiadomo, co spowodowało, że jeden gatunek rozdzielił się na trzy. Jedno jest pewne, mają różne geny, a więc zadziałała ewolucja. W przypadku jednego z powstałych gatunków zmiany następują bardzo powoli, dwa pozostałe zmieniają się nadal, i to w szybkim tempie. Dzisiaj uważa się, że czynnikiem, który w największym stopniu wpływa na ewolucję zwierząt i roślin, jest powoli rosnąca temperatura. Jej niewielkie zmiany uruchamiają kaskadę innych. Na przykład zmianę wilgotności, czasu trwania poszczególnych pór roku czy nasłonecznienia. To powoduje, że tryby ewolucyjnego mechanizmu zaczynają coraz szybciej się obracać. Jest to szczególnie wyraźnie widoczne w przypadku dużych populacji oraz gatunków o krótkim cyklu generacyjnym.