Badania i wyniki

Ewolucja i historyczna dynamika zasięgów lądowej bioty Antarktyki w świetle szczegółowych analiz filogeograficznych endemicznych gatunków mchów

Finansowanie
Narodowe Centrum Nauki, grant "OPUS"
Numer
2015/17/B/NZ8/02475
Okres
2016–2021
Kierownik
Dr hab. Michał Ronikier

Streszczenie

Ze względu na swoje izolowane położenie geograficzne, niewielką dostępność siedlisk lądowych i skrajne warunki ekologiczne Antarktyda należy do najbardziej niezwykłych regionów biogeograficznych świata. Obecnie mniej niż 0.5% powierzchni kontynentu jest wolna od pokrywającej go czapy lodowej i stanowi potencjalne siedlisko dla bioty lądowej. Pomimo fascynacji wielu pokoleń badaczy zrozumienie historii lądowej bioty tego wyjątkowego obszaru pozostaje wciąż naukowym wyzwaniem. Do niedawna w biogeografii zdecydowanie dominowała hipoteza całkowitej ekstynkcji bioty w okresach zlodowaceń i postglacjalnej rekolonizacji z obszarów lądowych położonych na niższych szerokościach geograficznych. Wynikało to z założenia, że obszary lądowe były okresowo (łącznie z ostatnim maksimum lodowcowym Plejstocenu, ok. 20–18 tys. lat temu) całkowicie pokryte czapą lodową. Istotna rola dyspersji dalekiego zasięgu – która byłaby podstawowym mechanizmem dynamicznej rekolonizacji – znajduje zdecydowane potwierdzenie w biogeografii półkuli południowej (podobnie jak i w badaniach obszarów arktycznych). Podstawowym faktem stojącym natomiast w konflikcie z powyższym scenariuszem jest stosunkowo znaczny udział w biocie lądowej Antarktydy endemitów (gatunków występujących w skali globalnej jedynie na danym obszarze) – ich ewolucja wymagała najprawdopodobniej izolacji w tym regionie w długim okresie czasu obejmującym szereg zlodowaceń. Dostępne rekonstrukcje historycznych zlodowaceń mają zbyt małą rozdzielczość by pozwolić na jednoznaczną weryfikacje istnienia niewielkich obszarowo i stabilnie dostępnych refugiów lądowych. Teoretycznie refugia takie mogły istnieć na nunatakach (wierzchołkach gór wystających spod lodu, o stromych zboczach nie pozwalających na kumulację śniegu), klifach nadbrzeżnych, a także na peryferiach obszarów aktywnych geotermalnie. Kluczowe dla zrozumienia historii bioty Antarktydy jest zastosowanie nowoczesnych analiz filogeograficznych, które pozwalają na rekonstrukcję procesów historycznych na podstawie badań struktury genetycznej współczesnych populacji. W ostatnich latach ukazały się pierwsze analizy, poświęcone głównie bezkręgowcom, których wyniki wspierają możliwość przetrwania w refugiach i taki scenariusz staje się coraz powszechniej akceptowany. Dane są jednak wciąż nieliczne i dotyczą niewielu grup organizmów. Dlatego nasz projekt podejmuje unikatową próbę szczegółowej analizy filogeograficznej wybranych przedstawicieli lądowej flory Antarktydy. Biom antarktyczny jest wyjątkowy w skali świata m.in. ze względu na to, że na jego lądową biotę składają się niemal wyłącznie organizmy "niższe": mikroorganizmy, porosty, mszaki, glony, bezkręgowce. Flora obejmuje zaledwie dwa rodzime gatunki roślin naczyniowych. Mszaki są tu zatem dominującą grupą roślin i badania im poświęcone mają zasadnicze znaczenie dla zrozumienia procesów biogeograficznych i ewolucyjnych kształtujących biotę lądową tego kontynentu. Mszaki charakteryzują się doskonałym przystosowaniem do dyspersji dalekiego zasięgu dzięki lekkim zarodnikom. Z drugiej strony znana jest ich duża tolerancja na temperatury otoczenia poniżej optimum i zdolność przetrwania żywotnych tkanek w warstwach wiecznej zmarzliny przez tysiąclecia. Są to cechy wskazujące na potencjał do trwania in situ w niekorzystnych warunkach. Brak dotychczas prac opartych na materiale populacyjnym możliwie najbardziej reprezentatywnym dla zasięgów geograficznych i zarazem na najbardziej aktualnych narzędziach analitycznych filogeografii. Badania spełniające te założenia są w związku z tym niezwykle potrzebne, w dużej mierze pionierskie i można się spodziewać, że będą miały duże znaczenie dla biogeografii na poziomie międzynarodowym. Do zaplanowanych analiz wykorzystane zostaną niezwykle cenne zbiory zielnikowe mchów zgromadzone w Instytucie Botaniki Polskiej Akademii Nauk w Krakowie – są tu zgromadzone najważniejsze kolekcje mszaków z obszarów polarnych południowej półkuli. W badaniach zastosujemy różnorodne analizy zmienności materiału genetycznego, w którym dostępny jest zapis historycznych procesów zachodzących w populacjach badanych gatunków. Wykorzystamy m.in. najnowocześniejsze metody tzw. "sekwencjonowania nowej generacji", w połączeniu z szeregiem analiz bioinformatycznych, które pozwolą na fascynujący wgląd w rekonstrukcję historii biogeograficznej badanych gatunków mszaków: ewolucji gatunków i dynamiki zmian ich zasięgów w czasie.


Foto: Michał Ronikier.


Foto: Michał Ronikier.


Foto: Michał Ronikier.