Mech, który przetrwał na Antarktydzie dwa miliony lat

Jeden z gatunków mchów (Syntrichia sarconeurum) przetrwał na Antarktydzie co najmniej dwa miliony lat - udowodnili polscy naukowcy. "To istotny wkład w odczytanie historii bioróżnorodności Antarktyki" - powiedział w rozmowie z PAP dr Michał Ronikier z Instytutu Botaniki PAN w Krakowie. Wyniki prac zespołu polskich naukowców zostały opublikowane w Journal of Biogeography (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jbi.14476). Pomogą one w tworzeniu prognoz, dotyczących reagowania bioróżnorodności na zmiany klimatu.

Mchy stanowią główny komponent pokrywy roślinnej Antarktyki. Od dawna wiadomo, że mają duże fizjologiczne zdolności przetrwania stresu związanego z niskimi temperaturami i suchością środowiska. Mimo delikatnej budowy mogą pozostać żywe przez setki lat. Jednak - jak mówi z rozmowie z PAP dr Michał Ronikier - naukowców "nurtowało pytanie, jak daleko sięgają ich możliwości przetrwania w Antarktyce, a przede wszystkim na kontynencie Antarktydy". Współcześnie powierzchnia wolnych od lodu obszarów lądowych Antarktyki jest szacowana na około 0,5 proc., a w okresie zlodowaceń była jeszcze mniejsza.

"Do niedawna dominowała hipoteza całkowitego wymarcia antarktycznej bioty (wszystkich organizmów, obecnych w regionie geograficznym w określonym czasie - PAP) w historycznych okresach zlodowaceń, ale badania na bezkręgowcach dawały nadzieję, że nawet w okresach maksimów zlodowaceń - kiedy warunki klimatyczne były najbardziej ekstremalne - pewne organizmy znalazły swoje refugia, czyli ostoje, w których przetrwały najtrudniejszy czas" - tłumaczy dr Michał Ronikier, szef zespołu badającego historię antarktycznych mchów.

Aby w nowym świetle spojrzeć na obecność mchów w Antarktyce - dziś i dawniej, zespół naukowców z Instytutu Botaniki PAN w Krakowie zaproponował połączenie klasycznych kompetencji badawczych z nowoczesnymi badaniami genetycznymi - biogeografią molekularną. Naukowcy pracowali na próbkach roślin zgromadzonych w zielniku należącym do Instytutu Botaniki PAN. Są w nim zasuszone okazy mchów, zbieranych podczas ekspedycji naukowych jeszcze w pierwszej połowie XX w.

"Prof. Ryszardowi Ochyrze zawdzięczamy fakt, że w Instytucie Botaniki PAN znajduje się jedna z kilku największych kolekcji zielnikowych mchów antarktycznych na świecie. Przez długi czas możliwe było jej wykorzystanie do klasycznych, morfologicznych analiz. Teraz, kiedy do dyspozycji mamy biologię molekularną, zakres wykorzystania takich kolekcji znacznie się rozszerza i przez to otwiera fascynujące perspektywy. Jesteśmy w stanie odczytać z coraz większą dokładnością materiał genetyczny zasuszonych mchów, zdegradowany w wyniku upływu czasu" - opowiada Ronikier. Jednocześnie zastrzega, że nadal niezwykle ważne są klasyczne umiejętności taksonomiczne.

"Kompetencje klasyczne - taksonomiczne, choć często pomijane w badaniach molekularnych, pozostają kluczowe, by dobrać najlepsze modelowe gatunki do badań - i aby oprzeć się na zweryfikowanych, dobrze oznaczonych materiałach. Dlatego tak ważna jest współpraca i łączenie umiejętności. To jest silna strona naszego projektu" - mówi Ronikier.

Syntrichia sarconeurum jest jednym z niewielu gatunków mchów, występujących niemal we wszystkich dostępnych obszarach lądowych Antarktyki. Na podstawie datowania molekularnego zespół badawczy ustalił, że mech ten mógł występować na obszarze Antarktyki przez szereg okresów zlodowaceń - być może nawet przez cały czwartorzęd - czyli od ponad dwóch milionów lat. Przetrwał więc globalne oscylacje klimatyczne - ocieplenia i ochłodzenia.

"Wykazaliśmy jednoznacznie, że populacje tego gatunku utrzymywały się w okresie maksimów zlodowaceń - czyli najtrudniejszych warunków środowiskowych - nie tylko na peryferiach Antarktyki (tzw. Antarktyce Morskiej), ale również w samym jej sercu, na kontynencie. Świadczą o tym odrębne i izolowane linie genetyczne, które charakteryzują populacje kontynentalne" - mówi Ronikier. I podkreśla, że istotną rolę w projekcie odegrała dr Marta Saługa, która w ramach projektu pracy doktorskiej uzyskała i przeanalizowała dane z niemal wszystkich dostępnych okazów zielnikowych. Wiązało się to z dużą ilością żmudnej pracy, ale dało też gwarancję, że materiał był kompleksowy.

Dr Ronikier mówi, że badania stanowią istotny wkład w odtworzenie szczegółowej historii populacji mchu. Pomogą też w tworzeniu prognoz, dotyczących reagowania bioróżnorodności na zmiany klimatu. "Zrozumienie tego, jak się kształtowała i utrzymywała bioróżnorodność Antarktyki - jak i innych rejonów szczególnie podatnych na zmiany klimatu - jest ważna. Poznając historyczną dynamikę bioróżnorodności tych szczególnie wrażliwych regionów Ziemi mamy szansę prognozować, jaka może być przyszłość bioróżnorodności tych regionów" - podkreślił Ronikier.

Zespół nie planuje nowej wyprawy na Antarktydę, ale - jak mówi naukowiec - będzie dalej eksplorował dostępne materiały zielnikowe i zastosuje najnowsze metody badawcze, które pozwolą na uzyskanie "większej rozdzielczości wyników badań". "Metodyka sekwencjonwania nowej generacji pozwala uzyskać dużo więcej informacji nawet z bardzo zdegradowanego materiału genetycznego. Mamy nadzieję na jeszcze bardziej szczegółowe analizy tego, co się działo z konkretnymi populacjami na Antarktydzie. Przygotowujemy publikację kolejnych artykułów w czasopismach naukowych" - zapowiada Ronikier.

Badania zrealizowano w ramach projektu finansowanego przez NCN.

Urszula Kaczorowska