Od lat naukowcy pochylają się nad biogeografią różnych gatunków. Wykorzystując dane kopalne (np. skamieniałości) i dane genetyczne jesteśmy w stanie opowiedzieć historie, które dawno przeminęły, ale które miały olbrzymi wpływ na to, jak dziś wygląda bioróżnorodność gatunkowa na świecie. Nadal żyjemy w epoce lodowcowej, ale klimat drastycznie się ociepla i pozostałe jeszcze na Ziemi lodowce kurczą się nieubłagalnie. I zdecydowanie za szybko.
Fluktuacje klimatu nie są niczym nowym, ale jeszcze nigdy w historii Ziemi nie były tak gwałtowne. Cóż, ludzie nie są dla naszej planety zbyt łaskawi. A jeszcze nie tak dawno temu (w skali wieku Ziemi) lądolód pokrywał niemalże pół Europy (lodowiec Skandynawski) i sięgał bardzo daleko w głąb Ameryki Północnej.
Najzimniej było około 19-24 tysięcy lat temu i szacuje się, że lodowiec zajmował wtedy powierzchnię około 32,7-35,3 kilometrów kwadratowych. Gatunki strefy umiarkowanej chowały się w refugiach glacjalnych na południu Europy, z dala od lodu, natomiast gatunki zimnolubne rozszerzały swoje zasięgi. A gdy przychodziły cieplejsze czasy, lodowiec się cofał, zimnolubne gatunki podążały za nim, a te mniej odporne na zimno wychodziły z niewielkich obszarów refugialnych. Tak przynajmniej sugerował zaproponowany model „ekspansji i kurczenia się zasięgów” („expansion-contraction model”).
Okazuje się, że jednak w przypadku gatunków arktycznych sprawa jest znacznie bardziej skomplikowana i model ten jest właściwy tylko w przypadku gatunków strefy umiarkowanej.
Ciężkie czasy
Jeśli prześledzimy przebieg zlodowacenia czwartorzędu, które trwa nieprzerwanie od około 2,6 milionów lat, zauważymy, że sprawa ocieplania i ochładzania się klimatu nie jest sinusoidą. Okazuje się bowiem, że klimat ochładzał się powoli, natomiast jego ocieplenie następowało bardzo szybko. Pociąga to za sobą wiele konsekwencji.
Po pierwsze, gatunki zimnolubne i strefy umiarkowanej nie miały równych szans. Powolne ochładzanie się klimatu umożliwiało gatunkom strefy umiarkowanej zareagowanie „na czas” i (kolokwialnie rzecz ujmując) znalezienie sobie wygodnego miejsca na zimowanie. Oczywiście wiele populacji wymierało lokalnie, jednak duża część puli genetycznej zdążyła się uratować. W przypadku gatunków arktycznych, gdy klimat ocieplał się gwałtownie, nie było czasu na marudzenie. Następowały masowe wymierania, a przetrwali tylko ci, którzy byli najbliżej lodowca lub na obszarach znajdujących się pod mniejszym wpływem zmian klimatu (lodowiec nigdy nie przekroczył gór Ural).
Po drugie, lodowiec narastał i posuwał się daleko w głąb lądu powoli, torując sobie drogę przez zajmowane obszary. Jego powstanie obniżyło poziom mórz o 140 metrów! Gwałtowne ocieplenie klimatu doprowadziło jednak do natychmiastowego topnienia czapy lądolodu i uwolnienia olbrzymich mas wody (megapowodzie).
Takie megapowodzie miały miejsce na przykład na Suwalszczyźnie, gdzie około 19 tysięcy lat temu woda uwalniana z lodowca płynęła z prędkością 15-17 metrów na sekundę! Powstawały także megajeziora (największe, o powierzchni dwukrotnie większej niż Morze Kaspijskie, powstało na Nizinie Zachodniosyberyjskiej), które nie tylko zalewały olbrzymie obszary lądu, ale i zalegając na nim przez dłuższy czas, stanowiły barierę nie do pokonania zarówno w przypadku uciekinierów (gatunki arktyczne), jak i nowych kolonizatorów (gatunki strefy umiarkowanej, opuszczające refugia glacjalne).
Podniósł się również poziom mórz i zniknęły mosty lądowe, łączące wyspy brytyjskie z Europą oraz Danię ze Szwecją. Powstał Bałtyk i mnóstwo polodowcowych jezior. Populacje na wyspach zostały odcięte od reszty Europy, a do Skandynawii można było przejść tylko okrężną drogą. Wiele populacji zostało zalanych bezpowrotnie przez masy wody. Do dziś naukowcy znajdują kości różnych gatunków ssaków na dnie mórz przy brzegach Europy.
Nowe modele dla ssaków arktycznych
Wśród ssaków arktycznych znaleźć można różne gatunki – małe i duże, roślinożerców i drapieżniki, jedne zajmują większe tereny, inne ograniczają się tylko do małych obszarów. Wiele z nich znajduje się dziś w refugiach interglacjalnych, czyli bezpiecznych przyczółkach, pozwalających przetrwać cieplejszą erę.
W czasie glacjałów ich zasięgi i zróżnicowanie genetyczne były dużo większe, dziś nie mogą się czuć bezpieczne nawet w swoich refugiach. Klimat się ociepla, refugia interglacjalne się kurczą, bo i tam docierają wysokie temperatury, niszcząc specyficzne środowisko.
Wiele gatunków arktycznych, z których sztandarowym przykładem jest niedźwiedź polarny, walczy właśnie o przetrwanie. Natura wyposażyła je w różne mechanizmy pomocnicze, takie jak adaptacje i selekcję, ale przy obecnym tempie globalnego ocieplenia gatunki arktyczne nie mają szans.
Jak wspomniano wyżej, model „ekspansji i kurczenia się zasięgów” nie tłumaczy w pełni zdarzeń z biogeografii i historii ewolucyjnej ssaków arktycznych. Dlatego postanowiliśmy się przyjrzeć bliżej całemu procesowi. Okazuje się, że wyróżnić można trzy modele odpowiedzi gatunków arktycznych na ocieplanie klimatu.
Model „wymierania i zmniejszania puli genetycznej” odzwierciedla biogeografię między innymi leminga norweskiego, kiedyś obecnego w całej Europie, dziś zamieszkującego jedynie na północy Skandynawii. W przeszłości, gatunki arktyczne zajmowały duże obszary i miały bardzo zróżnicowaną pulę genetyczną.
Zmiany klimatu i fragmentacja siedlisk doprowadziły jednak do masowego wymierania i przetrwania tylko nielicznych populacji w Azji i w pobliżu lodowca. Oznaczało to nie tylko skurczenie zasięgu, ale i bezpowrotną utratę różnorodności genetycznej. Ten model dotyczy większości ssaków arktycznych.
Drugim modelem jest „wymieranie i zastępowanie”, charakterystycznym między innymi dla lisa polarnego, rosomaka czy renifera. Podczas gdy jedne linie genetyczne, niegdyś rozpowszechnione w Europie, wymarły, zastąpiły je inne, przybyłe z odległych terenów – z Syberii i z Beringii, mostu lądowego, obszaru łączącego podczas glacjałów Eurazję i Amerykę Północną. To właśnie przez Beringię przeszli nasi przodkowie w poszukiwaniu nowych terenów do zamieszkania. Z tej drogi korzystały także inne gatunki. Opustoszała Europa kusiła kolonizatorów z daleka.
Trzeci model, „kurczenia się zasięgów i transferu genów”, opisaliśmy w przypadku sobola, zająca bielaka i niedźwiedzia polarnego. Mimo iż współczesny zasięg sobola czy zająca bielaka są szerokie, jest to tylko część obszarów zajmowanych w przeszłości. Co więcej, nadal zasięg tych gatunków się kurczy.
Cofanie się gatunków arktycznych odbywało się w towarzystwie rozszerzania się zasięgów gatunków strefy umiarkowanej, w tym bliskich krewnych. W przypadku sobola była to kuna leśna, w przypadku zająca bielaka była to populacja zająca szaraka. Na niektórych obszarach można powiedzieć, że szli „łeb w łeb” i dzięki temu powstała sprytna strategia zmuszonych do ucieczki ssaków arktycznych.
Analiza genetyczna ujawnia bowiem, że na obszarach kiedyś zajmowanych przez gatunki zimnolubne, a dziś przez ich mniej odpornych na zimno kuzynów, doszło do introgresji! I tak oto zając szarak na Półwyspie Iberyjskim w swoim genomie mitochondrialnym ma geny zająca bielaka, kuna leśna w południowej Skandynawii i w regionie uralskim – geny sobola, a niedźwiedź polarny posiada geny niedźwiedzia brunatnego. Gatunki arktyczne musiały odejść, ale nie poddały się bez walki i pozostawiły swoim kuzynom „duchy przeszłości”.
Widoki na przyszłość
Kształt i wielkość Europy promowały wymieranie taksonów i/lub linii genetycznych. W skali geograficznej jest to część wielkiego lądu, niczym półwysep Eurazji. Główne łańcuchy górskie (Alpy, Karpaty) są ułożone na drodze migracji północ-południe, stanowiąc barierę dla przepływu populacji, a tym samym genów.
Wiedza o procesach z przeszłości, które ukształtowały współczesną biogeografię jest niezbędna do zrozumienia jak globalne zmiany klimatu wpływały na różne gatunki, ze szczególnym uwzględnieniem tych najbardziej dziś zagrożonych gatunków arktycznych. Zmiany klimatu znacząco wpływają na dostępność odpowiednich siedlisk, a tym samym na rozmieszczenie i przetrwanie lokalnych populacji i gatunków. Dzięki temu możliwe jest opracowanie strategii ochrony zarówno gatunków zagrożonych wymarciem, jak i zapobieganiu fragmentacji i zanikaniu środowisk.
Niszczenie bioróżnorodności przyrodniczej na Ziemi i obecnie obserwowane wielkie wymieranie w znacznej mierze są winą działań człowieka, chociaż przecież paradoksalnie od istnienia bioróżnorodności zależy także i nasz los. Za mojego życia wymrze bezpowrotnie co najmniej kilka gatunków zwierząt. Zdajemy się o tym zapominać.
Joanna Stojak
Literatura:
Stojak J, Jędrzejewska B. Extinction and replacement events shaped the historical biogeography of Arctic mammals in Europe: new models of species response. 2022. Mammal Review. https://doi.org/10.1111/mam.12298