Реальность изменения климата представляет собой серьезную угрозу глобальному биоразнообразию. По мере повышения температуры выживание отдельных видов в конечном итоге будет зависеть от их способности адаптироваться к изменениям среды обитания и их взаимодействия с другими видами.
Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, посвящено изучению перемещения восточной (Papilio glaucus) и канадской (Papilio Canadensis) тигровой бабочки-парусника в течение 32-летнего периода в пределах географического региона, где эти два вида помощник, называемый гибридной зоной. Полученные данные подчеркивают влияние изменения климата и предоставляют важную информацию для защиты и управления биоразнообразием.
Исследователи из Инициативы по изменению окружающей среды Университета Нотр-Дам, Мичиганского государственного университета и Миннесотского университета предупреждают, что изменение климата может не только повлиять на географическое распространение видов в ответ на меняющиеся условия, но и повлиять на эволюционные траектории скрещивающихся видов.
«Изменение климата может изменить модели потока генов и изменить взаимодействие между видами», - сказал Майкл Пфрендер, соавтор исследования, директор Центра геномики и биоинформатики в Нотр-Даме и доцент в отделение биологических наук. «Изменения в потоке генов не только влияют на приспособленность и выживание каждого вида в отдельности, но и могут изменить их генетический состав - то, что в первую очередь делает их отличными. Если изменение климата приведет к уменьшению связи между двумя видами, они могут стать более различимыми, и потенциально полезный генетический материал не будет перемещаться за пределы вида».
Исследователи сосредоточились на задокументированном потеплении за 32-летний период в гибридной зоне и измерили движение за тот же период, используя молекулярные и морфологические маркеры. Они обнаружили, что центр гибридной зоны сместился на север почти на 40 километров (24,85 мили) со скоростью 1,25 км (0,77 мили) в год.
«Температура является ключевой переменной, определяющей, насколько быстро люди растут и насколько вероятно, что они доживут до следующей стадии жизни», - объяснил Стюарт Джонс, доцент биологических наук в Нотр-Даме и соавтор исследования.. С помощью выборки исторических образцов, подробного моделирования и генетических данных команда смогла изучить, как климатические изменения взаимодействуют с размножением, отслеживая развитие полного жизненного цикла, от яйца до бабочки, а также рост при определенных температурах, чтобы оценить, сколько поколения будут развиваться в разных климатических условиях.
«Мы также сделали прогнозы относительно того, как места гибридизации будут продолжать перемещаться на север и вверх по горным склонам, поскольку климат региона продолжает нагреваться в будущем», - сказал Джонс. Согласно исследованию, исследователи предсказали, что движение может варьироваться от 55 до 144 км (33-89 миль) на градус Цельсия при повышении температуры.
«Изменчивость в том, как климат нагревается, влияние на эти гибридные зоны и то, как два вида реагируют на эти изменения, будут определять потенциал потока генов», - сказал Пфрендер. «Сокращение потока генов может привести к потере генетической изменчивости, и в результате один или оба вида могут столкнуться с уменьшением размера популяции и оказаться под угрозой исчезновения в своем естественном ареале. С другой стороны, резкое увеличение потока генов может привести к потеря уникальных качеств каждого вида по мере их слияния».
Результаты исследования должны побудить местные природоохранные и управленческие организации рассмотреть влияние изменения климата на аналогичные гибридные зоны и потенциальное экологическое и эволюционное воздействие.
«Эти результаты представляют собой дорожную карту для понимания и прогнозирования потока генов и гибридных зон для видов, вызывающих озабоченность в условиях будущего изменения климата», - сказала Дженнифер Танк, директор Инициативы по изменению окружающей среды в Нотр-Даме. «Для успешного предсказания потребуется мощный инструментарий, сочетающий понимание экологии и эволюции с передовыми методами молекулярной и геномной науки».
Исследование возглавляли Шон Ф. Райан, аспирант кафедры биологических наук Нотр-Дама, который в настоящее время работает в Университете штата Северная Каролина, и Джессика Дж. Хеллманн, которая сейчас работает в Университете Миннесоты. Среди других соавторов Скотт Эмрих из Нотр-Дама и Джиллиан М. Дейнс и Дж. Марк Скрибер из Мичиганского государственного университета.
Исследование финансировалось Инициативой Нотр-Дама по изменению окружающей среды, Национальным научным фондом и Сельскохозяйственной экспериментальной станцией Университета Висконсин-Мэдисон.