Z pamiętnika Fulbrightera (5)
Lato w pełni, niektórzy mają wakacje, dlatego tym razem będzie o wielkich podróżach, kiedyś i dziś. W USA pracuje się zawsze, dni wolnych od pracy jest tak mało, że można je policzyć na palcach jednej ręki – podczas mojego pobytu były to jedynie Memorial Day (31 maja, święto upamiętniające obywateli USA, którzy zginęli w trakcie odbywania służby wojskowej) oraz Dzień Niepodległości (4 lipca). Prezydent ustanowił także nowe święto, Juneteenth, które upamiętnia zniesienie niewolnictwa w USA (19 czerwca). Pracownicy UCSC mają jednak dostęp do budynków laboratorium non stop (24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu), z czego korzystamy w pełni. Większość dużych sklepów również jest w te dni otwarta. Podczas gdy w Polsce odpoczywano niemalże co miesiąc (święta wielkanocne, weekend majowy, Boże Ciało itp.), ja niestrudzenie poszukiwałam zmienności genetycznej w genomach lemingów norweskich.
Zakończyłam z sukcesem izolację antycznego DNA ze starych kości i oczywiście nie obyło się bez wyzwań. Zanim zacznę kolejne analizy, postanowiłam zrobić sobie krótką przerwę od intensywnych prac laboratoryjnych. Jednym z celów moich badań jest analiza dróg rekolonizacji Europy przez różne gatunki ssaków z różnych refugiów glacjalnych. Lubię śledzić dawne „wycieczki” zwierząt, bo i sama jestem typem podróżnika. Pracuję w jednym z najpiękniejszych zakątków w USA i dzięki temu, że sytuacja pandemiczna bardzo się poprawiła, mogę w końcu spełnić swoje marzenia – między innymi zobaczyć Wielki Kanion, niezwykłą Dolinę Śmierci i olbrzymie sekwoje w Sequoia National Park. Dnia 15 czerwca w Kalifornii zdjęto większość obostrzeń, głównie dla osób zaszczepionych i muszę przyznać, że trudno było mi uwierzyć, że to naprawdę koniec pandemii. Wypożyczyłam zatem samochód i ruszyłam przed siebie, na odludzie.
W USA obowiązują inne zasady na drogach. Znaki pierwszeństwa są rzadkością, zastępują je wszędobylskie znaki STOP. Tutaj jednak nikt nie bawi się w ustępowanie temu, kto znajduje się z prawej strony – każdy musi się przed takim znakiem STOP zatrzymać i pierwszy rusza ten, kto… pierwszy na takie skrzyżowanie przyjechał. Jeśli dwa samochody przyjadą równocześnie, wygrywa bardziej odważny (lub z lepszym refleksem). W USA parkuje się wyłącznie zgodnie z kierunkiem pasa. Jeśli chce się zaparkować po lewej stronie drogi, trzeba zawrócić. I uważnie przyglądać się jaki kolor ma krawężnik – kolory informują czy i na jak długo można się przy nim zatrzymać. Ciekawe jest też to, że w USA można skręcać na skrzyżowaniu w prawo na czerwonym świetle, nie stosuje się zielonej strzałki. Wyjątkiem są tutaj skrzyżowania ze znakiem „No turn on red”.
Obserwując drogi w USA można odnieść wrażenie, że nikt się nigdzie nie spieszy, bardzo rzadko się wyprzedza. Każdy jedzie zgodnie z największą dozwoloną prędkością, zobaczyć też można znaki sugerujące minimalną prędkość, nikt nie blokuje trasy. Dzięki temu, że drogi mają zazwyczaj 2-3 pasy, każdy jedzie z prędkością wygodną dla siebie. Amerykanie często przeskakują skrzyżowania na żółtym, ale nikt się przed nikogo nie wciska, nie wymusza pierwszeństwa. Samochód w USA, aby mógł wyjechać na drogę musi mieć aktualne tablice rejestracyjne i… to wszystko. Zakazany jest za to… autostop!
Biogeografia ssaków
W ciągu 7 dni przejechałam prawie 4000 km. Dziś głównie znajduje się tu pustynia, jednak przed tysiącami lat Kalifornia porośnięta była stepotundrą, zamieszkiwaną przez mamuty. Jako biolog ewolucyjny badam jak zmieniały się zasięgi występowania różnych ssaków w przeszłości, w trakcie epoki lodowcowej i po jej zakończeniu. Dziś szczególnie skupiam się na gatunkach arktycznych i zimnolubnych, bo to właśnie ta grupa najbardziej drastycznie odczuła globalne zmiany klimatu, zarówno kiedyś, jak i dziś. Za kilkadziesiąt lat gatunki arktyczne mogą zupełnie zniknąć z naszej planety, przechodząc do historii. Bardzo niechlubnej, bo spowodowanej przez człowieka.
Biogeografia ssaków na świecie (rozmieszczenie gatunków i ekosystemów w przestrzeni geograficznej i w czasie geologicznym) odtwarzana jest z zastosowaniem metod molekularnych (analiza DNA, zarówno pochodzącego od populacji współczesnych, jak i wymarłych, tzw. antyczny DNA) oraz skamieniałości (obecność określonych gatunków na różnych obszarach w różnych przedziałach czasowych). Klimat w przeszłości regularnie ocieplał się i ochładzał, powodując rozrastanie się lub cofanie lodowca na półkuli północnej – w Ameryce Północnej oraz w Europie. Podczas okresów chłodniejszych (glacjałów) lodowiec wchodził daleko w głąb naszego kontynentu, zajmując znaczne obszary, ale także odsłaniając nowe lądy. Poziom wód w morzach i oceanach obniżał się, ponieważ wchodziły one w skład rozrastającego się lodowca. W ten sposób powstał most lądowy między Eurazją a Ameryką Północną (Beringia) oraz most lądowy łączący Wyspy Brytyjskie i Europę kontynentalną. Były to obszary, na których mieszkały kiedyś różne populacje, ale dodatkowo były to nowe drogi do przemieszczania się – to właśnie Beringia umożliwiła przejście naszych przodków z Eurazji na obszar obu Ameryk.
Dziś tych lądów już nie ma, ale ich echa są doskonale widoczne we wzorcach zmienności genetycznej u różnych gatunków roślin i zwierząt. Te „wycieczki” nie były jednak spowodowane sezonem wakacyjnym. Zmiany klimatu skutkowały zmianami w całych ekosystemach – i tak oto podczas epoki lodowcowej niemalże cała Europa pokryta była arktyczną tundrą i tylko na południu (półwysep Iberyjski, Apeniński i Bałkański) temperatury były bardziej znośne, sięgające około 13-15 stopni Celsjusza. Zdecydowanie za zimno na wakacyjny wypoczynek, ale przeżyć można!
Te zimne arktyczne czasy sprzyjały gatunkom zimnolubnym, które właśnie podczas epoki lodowcowej mogły w pełni rozkwitnąć, a które właśnie dziś ukrywają się w refugiach interglacjalnych. Można by powiedzieć, że takie pulsowanie temperatur, lodowca i ekosystemów jest sprawiedliwe i w trakcie glacjałów korzystają gatunki arktyczne i borealne, a interglacjały gwarantują sukces gatunków ciepłolubnych i żyjących w klimacie umiarkowanym. Jest to jednak nieprawda.
Wolny chłód i szybkie ciepło
Zmiany klimatu w czwartorzędzie (ostatnie 2,6 miliona lat) pokazują, że ochładzanie klimatu było bardzo powolne i gatunki nieprzystosowane do zimna miały wystarczająco dużo czasu, aby „usunąć się” z drogi lodowca i dostosować do nowych, niesprzyjających warunków. Niestety, z kolei ocieplanie klimatu zawsze było niezwykle szybkie i gwałtowne, powodujące dodatkowo szybkie topnienie lodowca i powstawanie olbrzymich powodzi oraz zalewanie ogromnych obszarów. Siłę gwałtownie uwolnionej z lodowca roztopionej wody doskonale widać w rzeźbie Suwalszczyzny – obliczono, że prędkość wody podczas polodowcowej powodzi sięgała 15-17 metrów na sekundę!
Jednak największy obszar zalewowy powstawał na terenie Wyżyny Zachodniosyberyjskiej, gdzie bardzo długo utrzymywało się jezioro o powierzchni dwa razy większej niż Morze Kaspijskie.
Tak olbrzymie powodzie zakłócały bilans wodny na kontynencie, odwracając kierunek biegu rzek, a także zmniejszając dostawy wody słodkiej do Oceanu Atlantyckiego i zwiększając je do Morza Aralskiego, Kaspijskiego, Bałtyckiego i Czarnego. Taki wyrzut wód roztopowych z wycofującego się lądolodu Skandynawskiego do Północnego Atlantyku przez rzeki kanałowe na Nizinie Środkowoeuropejskiej wystąpił trzykrotnie: między 22,5 a 21,3 tys. lat, między 20,3 a 18,7 tys. lat i między 18,2 a 16,7 tys. lat.
Wszystkie te gwałtowne zmiany uniemożliwiały gatunkom zimnolubnym jakąkolwiek „ucieczkę” i podążanie za lodowcem, powodując tym samym wymieranie większości populacji na bardzo dużych obszarach i tym samym ubożenie puli genetycznej gatunku. Z ociepleniem trudno wygrać, co pokazuje dzisiejsza dramatyczna sytuacja gatunków takich jak niedźwiedź polarny.
Amatorzy zimna i zwolennicy ciepła
Niedawne analizy skamieniałości niedźwiedzi polarnych z obszarów Irlandii i Archipelagu Aleksandra na Alasce wykazały, że współczesny niedźwiedź polarny wyewoluował w wyniku hybrydyzacji niedźwiedzi polarnych i brunatnych współzamieszkujących siedliska peryglacjalne w późnym plejstocenie, około 32-28 tys. lat temu w Europie i 26 tys. lat temu na Alasce. Co więcej, zmiany w liczebności obu gatunków były zgodne ze zmianami klimatu. Podczas ochłodzenia w plejstocenie liczebność populacji niedźwiedzia brunatnego zmniejszyła się, a liczebność populacji niedźwiedzia polarnego wzrosła. Współczesne populacje niedźwiedzi polarnych charakteryzują się bardzo niską różnorodnością genetyczną. Gatunek ten potrafi pokonywać długie dystanse nawet w trudnym terenie, a mimo to ostatnio skala jego przemieszczania zmniejszyła się – wszystko przez to, że zasięg i czas występowania lodu morskiego w Arktyce są coraz krótsze.
Podobne wzorce odnotowano także u innych gatunków zimnolubnych. Na przykład w czasie maksimum ostatniego zlodowacenia (około 24-19 tys. lat temu) rosomak był ssakiem szeroko rozpowszechnionym w Europie środkowej i wschodniej. Skamieniałości tego gatunku pokazują, że był on obecny w Anglii, północnej Norwegii, Szwecji, krajach bałtyckich, Polsce, Ukrainie, Mołdawii, środkowym Uralu, na Węgrzech, w Danii, Niemczech, Szwajcarii, Francji i Hiszpanii.
Z kolei największy roślinożerca megafauny, mamut włochaty (Mammuthus primigenius), był dobrze przystosowany do środowiska stepowo-tundrowego i w późnym plejstocenie występował w niemal całej Europie. Jednak wraz z fluktuacjami temperatur populacje tego gatunku doświadczały wielokrotnych lokalnych wymierań, ekspansji demograficznych i przesunięć w dystrybucji. Największy zasięg występowania mamutów włochatych w Europie przypadał na okres między 27,5 a 23,3 tys. lat temu - sięgał od wschodniej części Niziny Europejskiej (Polska, Ukraina, Rosja) przez Finlandię, Niemcy, Francję, Danię i południe Wielkiej Brytanii i Irlandii do Iberii.
Ostatecznie zmiany klimatu doprowadziły do całkowitego wymarcia mamutów około 14 tys. lat temu, z wyjątkiem regionów położonych w północno-wschodniej części kontynentu, gdzie ostatnie populacje przetrwały aż do ocieplenia w holocenie. Nie ma dowodów na to, że działalność człowieka miała wpływ na rozmieszczenie i wyginięcie mamutów włochatych w Europie.
Małemu trudniej
Na gwałtowne zmiany klimatu szczególnie narażone są populacje zimnolubnych małych ssaków, co udowadniają historie lemingów (w tym badanego przeze mnie leminga norweskiego) czy nornika wąskogłowego (Lasiopodomys gregalis). Chociaż obecnie nornik ten jest szeroko rozpowszechniony w Azji, w późnym plejstocenie jego zasięg był znacznie większy, obejmował bowiem niemal całą północną Eurazję. Analizy antycznego DNA wykazały, że w późnym plejstocenie nornik wąskogłowy był dominującym gatunkiem małego ssaka w środowisku stepotundry: występował na Wyspach Brytyjskich oraz na obszarze od Hiszpanii, przez Francję, Włochy i kraje Beneluksu, po Ukrainę, Serbię, północną Bułgarię, Krym i Rosję. Wyginął w Europie w okresie holocenu, kiedy klimat zaczął się ocieplać.
Prawidłowe zrozumienie reakcji gatunków przystosowanych do zimna na nagłe zmiany klimatu w przeszłości pozwala na badanie związku między zmianą klimatu a rozmieszczeniem gatunków współcześnie. Wiedza ta jest szczególnie przydatna w ochronie zagrożonych gatunków i ginących siedlisk w epoce globalnego ocieplenia. Jeszcze jest szansa, nadal możemy spróbować uratować ginące gatunki. Przynajmniej niektóre z nich. Inaczej niedźwiedzie czy lisy polarne będą dla kolejnych pokoleń tylko duchem przeszłości.
Joanna Stojak
Autorka jest stypendystką Fulbright Senior Award 2020/2021 na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz.