Что происходит, когда шесть аспирантов из разных областей, которые являются друзьями, объединяют свои усилия для решения возникающей проблемы изменения климата?
Они публикуются в крупном журнале.
Исследователи из Университета штата Колорадо, чьи исследования охватывают три колледжа, три факультета и программу получения степени в области экологии, призывают к расширению такого сотрудничества в новой статье в журнале «Тенденции в экологии и эволюции». В их статье, в которой рассматривается, как изменение климата влияет на эволюцию организмов, подчеркивается необходимость совместной работы ученых-эволюционистов, экологов и климатологов, чтобы лучше понять динамику экоэволюционной обратной связи. Они ставят вопрос о том, поможет ли эволюция растений, животных и других организмов, измененных изменением климата, в конечном счете, помочь или навредить нынешней тенденции к потеплению на планете.
Биолог-эволюционист Грей Монро, ведущий автор и студент программы магистратуры по экологии, сказал, что идея статьи возникла из курса под названием «Экосистемная экология», который читал профессор биологии Джо фон Фишер. В заключительной статье курса Монро исследовал влияние эволюции на широкие экосистемные процессы, такие как круговорот азота и углерода. Желая узнать больше, он обратился к другим аспирантам со схожими интересами за помощью в конкретизации идей.
«В конечном счете, мы все были заинтересованы в том, чтобы понять, какую роль эволюция может сыграть в формировании будущего круговорота углерода и как она может повлиять на содержание углекислого газа в атмосфере и изменение климата», - сказал Монро.
Коллин Уэбб, директор Высшей программы по экологии и профессор биологии, отметила, что для аспирантов крайне необычно публиковаться без преподавателя в качестве соавтора. По ее словам, новый подход статьи и ее распространение крупным экологическим журналом говорят об опыте выпускников CSU.
Документ представляет собой всеобъемлющий обзор литературы, в котором посредством обобщенного анализа опубликованных исследований объясняется, как эволюция взаимодействует с окружающей средой и как она влияет на глобальный углеродный цикл. Круговорот углерода - это постоянное движение углерода через различные экосистемы. Например, атмосферный углекислый газ поглощается растениями посредством фотосинтеза. Часть этого углерода откладывается в почву через корни растений, или животные поедают растения и выдыхают углекислый газ обратно в атмосферу
В течение многих десятилетий люди включались в эти естественные процессы, добавляя избыток углекислого газа в экосистемы за счет сельского хозяйства, сжигания ископаемого топлива и других видов деятельности; таким образом, эпоха, в которой мы живем, известна как «антропоцен», или геологическая эпоха, в которой доминирует деятельность человека.
В своей работе исследователи углубились в идею о том, что изменение климата в антропоцене напрямую влияет на естественный отбор. По мере повышения глобальной температуры меняется характер осадков, повышается кислотность океанов, и все эти изменения работают вместе, чтобы изменить давление отбора на многие организмы, иногда всего за одно или два поколения.
Их статья указывает на возможность того, что эти измененные состояния эволюции могут либо ускорять, либо опосредовать изменение климата через петлю обратной связи. Например, если в ответ на длительную засуху растения разовьют более крупную корневую систему, они могут откладывать больше углерода в почву, тем самым увеличивая скорость связывания углерода.
В качестве другого примера ученые изучили давление отбора, проявляемое фитопланктоном - фотосинтезирующими водорослями, которые откладывают углерод на дне океана. В некоторых случаях эти водоросли развивают более высокие скорости фотосинтеза в ответ на давление, вызванное изменением климата. У них также развиваются черты, которые заставляют их быстрее опускаться на дно океана, что указывает на чистое увеличение потока углерода в океане.
«Существует растущий интерес к эко-эволюционным петлям обратной связи», - сказал Монро. «Наша статья вписывается в эту концептуальную структуру. Мы считаем, что в этой области есть место для исследований, чтобы обеспечить более эмпирическое рассмотрение того, как эволюция повлияет на будущую траекторию атмосферного углерода».
В конце концов, в круговороте углерода преобладают организмы, а фотосинтез глобально перемещает в 20 раз больше углерода, чем человек.
«Это была одна из причин, по которой мы считали, что масштабы эволюционных изменений могут быть значительными», - сказала Монро.
Статья была написана следующими студентами аспирантской программы по экологии:
- Грей Монро, исследователь вместе с доцентом Джоном Маккеем на кафедре биосельскохозяйственных наук и борьбы с вредителями Колледжа сельскохозяйственных наук
- Уитни Бек, научный сотрудник профессора Лероя Поффа на кафедре биологии Колледжа естественных наук
- Эндрю Фелтон, научный сотрудник профессора Мелинды Смит на кафедре биологии Колледжа естественных наук
- Меган Вахсен, бывший научный сотрудник профессора Рут Хафбауэр на кафедре биосельскохозяйственных наук и борьбы с вредителями Колледжа сельскохозяйственных наук
- Ямина Пресслер, исследователь с профессорами Джоном Муром и Франческой Котруфо, Лаборатория экологии природных ресурсов, Колледж природных ресурсов Уорнера
- И Дэвид Маркман, научный сотрудник профессора Майкла Антолина на факультете биологии Колледжа естественных наук