Amazonska i susjedna padina Anda u Južnoj Americi ugošćuje zapanjujuće bogatstvo biljaka i životinja. Ove su vrste bile izvor hrane, skloništa i lijekova od dolaska ljudi i meta znanstvene znatiželje još od dana najranijih europskih istraživača prirodoslovlja.
Koji procesi proizvode tako vruće točke bogatstva vrsta i zašto se biološka raznolikost postupno smanjuje prema većim širinama i suhim klimama? Znanstvenici su predložili mnoga konkurentna objašnjenja, ali ne postoji jednostavan način njihovog testiranja. Kao biogeografi, oni od nas koji proučavamo zemljopis života na planeti, nemamo mogućnost provođenja eksperimenata u stvarnom svijetu. Bilo bi nepraktično i neetično poduzimati masovno unošenje ili istrebljenje vrsta, a zatim čekati stoljeća ili tisućljeća za rezultate.
Umjesto toga, kao što je izviješteno u nedavnoj studiji objavljenoj u časopisu Science, okupili smo interdisciplinarni tim biogeografa i klimatologa koji su stvorili virtualni svijet - mjesto za virtualne eksperimente. Svijet koji smo rekreirali bila je vremenska simulacija života na kontinentu Južna Amerika, od prije 800 000 godina pa sve do danas, kroz klime biča u posljednjih osam ledenjačkih ciklusa. Ako bi obrasci biološke raznolikosti proizvedeni u ovom simuliranom svijetu proizveli razumno realne obrasce raznolikosti, tada bismo mogli biti sigurni da su ekološki i evolucijski procesi ugrađeni u simulaciju bili u pravu.
Ono što smo pronašli bilo je iznenađenje izvan naših najdražih očekivanja. Karte raznolikosti vrsta u Južnoj Americi koje su nastale iz naših simulacija izgledale su nevjerojatno slično mapama živih ptica, sisavaca i biljaka. Nadalje, simulacije su potvrdile povremene migracijske koridore između Anda i Atlantske prašume na jugoistoku Brazila. Ove regije trenutno su izolirane jedna od druge zbog sušnije klime, ali znanstvenici su dugo sumnjali da postoje veze, temeljene na prisutnosti usko povezanih živih vrsta u obje regije.
Virtualni život u virtualnom svijetu
Svaka simulacija započela je jednom imaginarnom vrstom, zasađenom negdje na detaljnoj topografskoj karti Južne Amerike. U vremenskim koracima od 500 godina, ukupno od 1600 koraka, klima je ažurirana vrhunskim modelom paleo-klime koju su stvorili naši kolege Neil Edwards i Phil Holden na Otvorenom sveučilištu u Velikoj Britaniji.
Sve skupa izveli smo više od tisuću simulacija, a svaka ima različitu kombinaciju postavki za samo četiri varijable:
- Koliko dugo mora biti izolirana populacija da bi postala nova vrsta
- Kako se brze vrste mogu razvijati kako bi preživjele, kao odgovor na klimatske promjene
- Koliko se vrsta može kretati po neprikladnom staništu
- Koliko se snažno povezane vrste natječu jedna s drugom.
Zašto je toliko iznenađujuća snažna podudarnost između naših simuliranih karata bogatstva vrsta i karata stvarnog svijeta za ptice, sisavce i biljke? Jer su naše simulacije pokrivale samo mali dio vremena u dugoj povijesti Južne Amerike. Osam stotina tisuća godina može se činiti dubokim vremenom, ali Južna Amerika se odvojila od Afrike prije 130 milijuna godina, a Andi su započeli svoj uspon prije 25 milijuna godina. Danas se zna da se sve veći broj biljnih i životinjskih skupina u Južnoj Americi diverzificirao tijekom kasnog kvartera - otprilike posljednjih 800.000 godina - ali većina vrsta na kontinentu mnogo je starija.
Također smo bili iznenađeni što su naše simulirane karte toliko podsjećale na stvarne obrasce bogatstva vrsta, jer naše karte nisu bile vođene nikakvim određenim ciljanim obrascem raznolikosti. Izgrađeni su strogo na temeljnim procesima, kako se shvaća iz osnovnih istraživanja iz ekologije i evolucijske biologije. Na primjer, modelirali smo evolucijsku prilagodbu klimatskim krajnostima koristeći principe i jednadžbe populacijske genetike.
Od kolijevke do muzeja do groba
Danas žive vrste preživjele. Oni su gornji vrhovi evolutivnih stabala s mnoštvom mrtvih grana ispod, koja predstavljaju izumiranje u prošlosti. Evolucijski biolozi sada su u mogućnosti zaključiti u kojima su možda živjeli preci živih vrsta. Regije u kojima su vrste koje su se razmnoživale u prošlosti počele su se nazivati "kolijevkama" specijalizacije. Na primjer, padine Anda dugo su se smatrale žarištem specijalizacije.
Prvi dijagram evolucijskog stabla Charlesa Darwina iz njegove Prve bilježnice o transmutaciji vrsta (1837). U njegovim bilješkama jasno je da je shvatio da su izumiranja bitan element evolucije: "Tako bi se formirali rodovi koji se odnose na drevne tipove s nekoliko izumrlih oblika." (Javna domena) Regije u kojima vrste postoje dugotrajno nazivaju se „muzeji“. Bilo koja regija, poput Amazonije, u kojoj postoje mnoge drevne vrste, može se smatrati biogeografskim muzejem. Nasuprot tome, promišljanje o mjestu gdje bi se mrtve grane evolucijskog stabla smjestile na kartu - "grobovi" - gotovo je nemoguće proučavanjem geografije živih preživjelih.
Kroz naše simulacije pratili smo i preslikali čitavu „putanju života“ svake virtualne vrste, od kolijevke do groba, u prostoru i vremenu.
Kako se klima mijenja iz koraka u korak u simulaciji, geografski raspon neke vrste (njezin položaj na karti) može biti fragmentiran neprimjerenom klimom. Ako ulomak ostane dovoljno dugo u izolaciji, proglašava se novom vrstom. Vrijeme fragmentacije i mjesto takvog fragmenta tijekom ovog razdoblja izolacije definira „kolijevku segmentu“ njegove životne putanje.
Kada i ako virtualna vrsta izumre, zabilježimo vrijeme i crtamo na karti mjesto pada prema izumiranju, što predstavlja „grobni segment“ putanje životnog vijeka vrste. Vrijeme i mjesto održavanja svake vrste između stadiona kolijevke i grobne faze definiraju „muzejski segment“ njegove životne putanje.
Naše simulacije proizvele su karte kolijevki, muzeja i, po prvi put, grobova. Karte su potvrdile da su istočni obronci Anda i zapadni Amazon kolijevka specifikacije. Grobovi izumiranja podudarali su se s kolijevkama u nekim regijama, poput Amazonije, a u drugim su raseljeni iz kolijevki, poput Anda. Istočna padina tropskih Anda pokazala se ne samo kolijevkom, već i bogatim muzejem biološke raznolikosti.
Također smo pratili kada su specijacija i izumiranje dosegli vrhunac i odbili tijekom simulacija i otkrili smo da ledeni ciklusi pokreću oba procesa. Vrhovi izumiranja obično su slijedili vrhove specifikacije u razdobljima brzog zagrijavanja na kraju hladnih ledenjačkih razdoblja.
Klimatska dinamika i topografija upravljaju obrascima
Naše istraživanje vodi nas da vjerujemo da obrasci bogatstva živih vrsta, bez obzira na starost vrste, potječu iz istih temeljnih procesa kao i mi simulacije. Interakcija između uzburkane klime zadnjih 800.000 godina i dramatičnih krajolika Južne Amerike potakla je specijalizaciju kod nekih mlađih skupina biljaka i životinja, ali promijenila je položaj i mladih i drevnih vrsta u dogovoru, neselektivno.
Ljudske aktivnosti forsiraju promjene globalne klime neviđenom brzinom, mnogo brže od klimatske dinamike u našem modelu. Znamo da su vrste već u pokretu, čiji se rasponi mijenjaju zabrinjavajućom brzinom na kopnu i u morima, što ima duboke učinke na ljudski život i sredstva za život.
Iako naše simulacije nisu bile predviđene za predviđanje budućnosti, one živo otkrivaju dinamičku snagu klimatskih promjena da bi oblikovale život na Zemlji.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
Robert K. Colwell, ugledni profesor na Sveučilištu u Connecticutu
Thiago F. Rangel, profesor ekologije, Universidade Federal de Goias
