O floare sălbatică a supraviețuit celei mai grave secete din California. Este primul proces de adaptare genetică rapidă documentat ȋn natură

Seceta a avut loc între 2012 și 2015 și a dus la moartea a peste 100 de milioane de copaci. A fost o perioadă extrem de dură din cadrul unei megasecete care a început în anul 2000 și care a fost intensificată de schimbările climatice.

Chiar dacă fenomenul a afectat inclusiv plante considerate rezistente la lipsa apei, scarlet monkeyflower, o floare roșie care crește în zone umede, de-a lungul pârâurilor și izvoarelor, a demonstrat o rezistență remarcabilă.

O echipă de cercetători a studiat timp de opt ani 55 de populații ale acestei flori. Ea e cunoscută științific sub numele de Mimulus cardinalis. Cercetătorii au monitorizat numărul plantelor în natură și au analizat genomul acestora pentru a identifica schimbări genetice.

„Am reușit să arătăm că aceste populații din California erau în declin din cauza secetei extreme și am găsit dovezi ale unei evoluții rapide la nivelul genomului”, a declarat Daniel Anstett, profesor asistent la School of Integrative Plant Science din cadrul Cornell University și autor principal al studiului publicat în revista Science.

„Am putut apoi corela un indicator al acestei evoluții cu capacitatea populațiilor de a se recupera și de a evita dispariția”, a adăugat el, citat de CNN.

Deși specia, în ansamblu, nu era în pericol de dispariție, anumite populații de plante au fost puternic afectate. În unele zone, numărul exemplarelor a scăzut cu până la 90% față de nivelul maxim. Potrivit lui Anstett, ele au avut nevoie de aproximativ doi sau trei ani pentru a se reface.

Procesul este numit „salvare evolutivă”

Această revenire rapidă este un proces pe care biologii îl numesc salvare evolutivă. Fenomenul apare atunci când o specie reușește să evite dispariția prin adaptare genetică la o presiune externă, precum seceta.

„Salvarea evolutivă apare atunci când puținii indivizi rămași au combinația genetică potrivită pentru a face față noilor condiții”, a explicat Anstett.

„Aceștia supraviețuiesc și se dezvoltă mai bine decât cei care au murit, iar populația începe treptat să se refacă”, a adăugat cercetătorul.

Procesul fusese demonstrat anterior în laborator, însă în natură existau doar observații parțiale. Printre exemplele studiate anterior se numără rezistența la cancer observată la diavolii tasmanieni sau adaptarea unor specii de pești killifish la poluare.

Totuși, aceste studii nu au oferit dovezi complete că procesul avea loc în mod real în mediul natural. Potrivit lui Anstett, noul studiu oferă dovezi solide că evoluția rapidă a avut loc și a dus direct la recuperarea populațiilor.

„Am avut informații detaliate despre dinamica populațiilor și despre genele implicate, ceea ce ne-a permis să demonstrăm clar că salvarea evolutivă era în desfășurare”, a spus el.

Un indicator important al secetei

Scarlet monkeyflower este o plantă erbacee perenă, ceea ce înseamnă că revine în fiecare sezon din aceleași rădăcini. Planta este polenizată de colibri și poate ajunge la aproape un metru înălțime și lățime.

„Această plantă se găsește în pârâuri din California, Baja California și sudul statului Oregon. În zone unde apa curge sezonier prin habitat”, a explicat Anstett.

„Are nevoie de apă curgătoare pentru a-și finaliza ciclul de viață și pentru a produce semințe. Asta o face un indicator excelent al secetei”, a adăugat cercetătorul.

Atunci când apare seceta, apa încetează să mai curgă, iar planta are două opțiuni. Prima este să crească rapid și să producă flori și semințe înainte ca seceta să devină severă. A doua strategie este să crească mult mai lent și să încerce să supraviețuiască până în anul următor.

Cercetătorii au observat că plantele au ales această a doua strategie.

„Am constatat că plantele se dezvoltau mai lent și adoptau o strategie de supraviețuire pe termen mai lung”, a spus Anstett. „Creșteau mai încet și trăiau mai mult, ceea ce se numește evitarea secetei.”

Analiza genetică a plantelor

Pentru a înțelege mecanismul, cercetătorii au monitorizat populațiile de plante în 19 locații. Fiecare loc a fost vizitat anual pentru a determina dacă plantele au supraviețuit sau au murit.

Cercetătorii au colectat semințe din natură și le-au cultivat în laborator. Ulterior, frunzele plantelor crescute au fost analizate pentru a extrage ADN-ul. Materialul genetic a fost folosit pentru secvențierea genomului, adică pentru identificarea instrucțiunilor genetice ale plantei.

„Am putut observa că această evoluție rapidă s-a produs în doar șapte ani”, a spus Anstett.

El a explicat că mutațiile genetice care au permis adaptarea la secetă nu sunt noi. Cel mai probabil, au apărut cu mult timp în urmă. Plantele care aveau aceste trăsături genetice au supraviețuit secetei și au transmis mutațiile mai departe prin semințe.

Implicații pentru conservarea speciilor

Următorul pas al cercetării, care ar putea dura 30 sau chiar 40 de ani, este să determine dacă aceste mutații genetice vor rămâne benefice și în cazul în care seceta se încheie.

Descoperirea nu înseamnă că schimbările climatice sunt mai puțin îngrijorătoare, însă sugerează că unele specii ar putea avea o capacitate mai mare de adaptare. Un element esențial pentru această adaptare este diversitatea genetică.

„Cantitatea de variație genetică poate fi critică pentru adaptare”, a spus Anstett.

„Acest lucru este un indiciu pentru biologii care se ocupă de conservare să mențină populațiile cât mai diverse și habitatele cât mai conectate”, a adăugat el.

„Un progres important”

Demonstrerea faptului că salvarea evolutivă are loc în natură și identificarea genelor implicate a fost un obiectiv major pentru biologia evolutivă și pentru cercetarea conservării speciilor.

David Field, profesor asociat de biosciențe aplicate la Macquarie University din Australia, spune că studiul reprezintă o realizare importantă. El nu a fost implicat în cercetare.

„Cercetătorii au folosit un experiment elegant pentru a demonstra că salvarea evolutivă se produce în natură chiar în timpul vieții noastre”, a declarat Field.

Alți cercetători care nu au participat la studiu au exprimat opinii similare.

„Este un studiu foarte important”, a spus Diane Campbell, profesor emerit de ecologie și biologie evolutivă la University of California, Irvine.

Ea a explicat că cercetarea oferă dovezi solide că acest proces, cunoscut în principal din teorie, poate ajuta populațiile de plante să se refacă după secete tot mai frecvente.

Adaptare sau dispariție

Una dintre marile întrebări pentru botanici este dacă plantele pot evolua suficient de rapid pentru a supraviețui secetelor extreme asociate schimbărilor climatice.

Isaac Lichter Marck, cercetător la California Academy of Sciences, spune că plantele au mult mai puține opțiuni decât animalele.

„Când apare o secetă extremă, animalele pot migra, se pot adapta sau pot muri”, a explicat el.

„Dar florile sălbatice sunt fixate în sol, ceea ce le lasă doar două opțiuni: adaptare sau dispariție.”

Un mesaj de speranță, dar și de prudență

Studiul reprezintă un model important pentru utilizarea genomicii în identificarea speciilor vulnerabile la schimbările climatice.

În același timp, cercetătorii avertizează că pierderea habitatelor și speciile invazive reduc diversitatea genetică din natură.

„Pe măsură ce variația genetică scade, amenințările deja serioase ale schimbărilor climatice pot deveni și mai grave”, a avertizat Marck.

Jeff Diez, profesor asociat la University of Oregon, spune că amploarea cercetării este impresionantă.

„Partea îngrijorătoare este că a fost nevoie de un efort extraordinar pentru a demonstra acest proces la o singură specie”, a spus el.

„Dacă vrem să înțelegem cum vor reacționa comunitățile întregi de specii la schimbările climatice, trebuie să analizăm potențialul evolutiv al mult mai multor organisme.”

În concluzie, studiul transmite un mesaj moderat optimist. Unele plante sălbatice ar putea evolua suficient de rapid pentru a face față schimbărilor climatice. Totuși, cercetătorii subliniază că încă știm foarte puțin despre limitele acestei capacități de adaptare.