Pomysł na projekt CLIMINSECTS (The effect of expected climate change on insect performance: physiology, behaviour and life history) zrodził się z obserwacji, że owady wykazują bardzo elastyczne reakcje na zmianę klimatu.
W odróżnieniu od ssaków i ptaków wydajność owadów zmienia się pod wpływem nawet najbardziej nagłych i krótkotrwałych zmian temperatury, określanych również jako zmienność cech klimatycznych. Oznacza to, że roczne lub miesięczne zmiany, które są często przedmiotem innych badań, zazwyczaj nie mają znaczenia w przypadku owadów.
Dr Inon Scharf, odpowiedzialny za koordynację projektu prowadzonego na Uniwersytecie w Tel Awiwie, omawia wczesne wyniki badania nad trojszykami, które pracownicy uniwersytetu zbierali przez ostatnie 100 lat, a także nad innym drapieżnym gatunkiem owadów, zbadanym już w laboratorium w ramach innych projektów.
Dlaczego głębsze poznanie wpływu zmienności środowiska jest istotne?
Zmienność jest niezwykle ważna z różnych powodów. Po pierwsze globalne ocieplenie przejawia się nie tylko wzrostem średniej rocznej temperatury, ale także zwiększeniem częstotliwości ekstremalnych zjawisk, takich jak fale upałów. Dlatego konieczne jest zbadanie, jak nagła zmiana temperatury, nawet krótkotrwała, wpływa na wydajność owadów.
Po drugie owady doświadczają codziennych zmian temperatury, czasami w bardzo krótkim czasie, a zatem roczne lub nawet miesięczne temperatury, które są zwykle brane pod uwagę w takich badaniach, mogą mieć mniejsze znaczenie. Po trzecie owady żyją krócej niż większość kręgowców, a zatem nawet stosunkowo krótkotrwałe ekstremalne zdarzenia mogą mieć istotny wpływ na wydajność i reakcje owadów.
Zmienność cech reakcji jest również istotna. Ekolodzy od dawna skupiają się głównie na średnich odpowiedziach na różne czynniki i traktują zmienność odpowiedzi jako "szum". Jednak uwzględnienie takiej zmienności jest niezwykle ważne do zrozumienia potencjału zmian ewolucyjnych. W przypadku kilkukrotnego badania poszczególnych osobników należy zwrócić uwagę na to, czy i w jakim stopniu reakcje tych osobników są powtarzalne (na przykład zawsze lepsze lub gorsze w porównaniu do średniej), czy osobniki żeńskie i męskie reagują w podobny sposób, a także w jaki sposób wiek i czynniki stresogenne wywołują taką zmienność.
Jakie główne rodzaje wpływu badano i dlaczego?
Zadaliśmy sobie trzy pytania: W jaki sposób inne źródła stresu, takie jak głód i podeszły wiek, wpływają na zdolność owadów do tolerowania niekorzystnych wysokich lub niskich temperatur? W jaki sposób narażenie na różne temperatury w stadium larwalnym i w życiu dorosłym wpływa na tolerancję przez owady skrajnie zimnych i gorących temperatur, przeżycie podczas głodu i reprodukcję, a także w jaki sposób zmienia się wydajność owadów na skutek powtarzającego się stresu termicznego? Czy rozmiar ciała owadów zmniejsza się w odpowiedzi na postępujące globalne ocieplenie?
Znalezienie odpowiedzi na pierwsze pytanie jest ważne, ponieważ owady żyją w złożonych środowiskach i jednocześnie muszą radzić sobie z wieloma źródłami stresu. Zbadanie, jak dobrze radzą sobie one ze stresem termicznym, jest konieczne do poznania zakresu reakcji na niekorzystne warunki klimatyczne, które zależą również od innych aspektów środowiskowych. Jest to również niezbędne do zrozumienia, w jaki sposób zwierzęta osiągają kompromis pomiędzy różnymi potrzebami.
Drugie pytanie wynika z obserwacji, że narażenie termiczne na różnych etapach życia może prowadzić do innych skutków. Podczas gdy nieduże narażenie na działanie niekorzystnych temperatur w dorosłym życiu często prowadzi do aklimatyzacji do surowszych temperatur, narażenie na działanie niekorzystnych temperatur w fazie rozwoju raczej nie będzie miało korzystnego skutku. Pytanie to jest ważne nie tylko w kontekście zmiany klimatu — znalezienie na nie odpowiedzi jest również niezbędne do ustalenia, czy niektóre etapy życia są ważniejsze niż inne.
Jeśli chodzi o trzecie pytanie, wielu naukowców jest obecnie przekonanych, że rozmiar ciała zmniejsza się w odpowiedzi na globalne ocieplenie, inni wątpią natomiast, że ta reakcja ma charakter ogólny i uniwersalny. Chociaż zmniejszenie rozmiaru ciała badano w przypadku ssaków i ptaków, prawie nic nie wiadomo na temat owadów, pomimo że stanową one większość biomasy i gatunków występujących na ziemi.
W jaki sposób poszukiwano odpowiedzi na te pytania?
Najpierw stworzyliśmy system trojszyków w laboratorium. Są to powszechne szkodniki występujące w miejscach składowania mąki, głównie w krajach rozwijających się. Owady te można łatwo hodować i trzymać w laboratorium. Ich krótki czas rozwoju umożliwia stosunkowo szybkie dostosowanie się i reagowanie na zmiany środowiskowe. Poza tym są organizmami zmiennocieplnymi: odczuwają zmiany klimatu w większym stopniu niż organizmy stałocieplne, które regulują temperaturę ciała. Hodowaliśmy trojszyki w różnych warunkach termicznych i badaliśmy ich różne reakcje behawioralne, fizjologiczne i życiowe — pozwalaliśmy im dożyć starości, głodziliśmy je i narażaliśmy na powtarzający się stres termiczny. Naszym celem było zbadanie wpływu wszystkich tych czynników na tolerancję termiczną i inne cechy związane z wydajnością ekofizjologiczną, takie jak aktywność, zachowania rozrodcze, reprodukcja i przeżycie.
Oprócz prowadzenia doświadczeń laboratoryjnych mieliśmy również dostęp do dużego zbioru owadów Uniwersytetu w Tel Awiwie (część Muzeum historii naturalnej w Steinhardt), zawierającego kilka milionów próbek zebranych w ciągu ostatnich 100 lat. Zbiór ten umożliwił nam badanie potencjalnego zmniejszenia rozmiarów ciała w odpowiedzi na zmianę klimatu.
Zmieniliśmy również plan projektów prowadzonych w laboratorium, dotyczących głównie owadów drapieżnych, które stosują pułapki do polowania, takich jak mrówkolwy i vermileonidae budujące jamy, w celu uwzględnienia aspektów dotyczących ekologii termicznej. Porównaliśmy zachowania (np. kanibalistyczne) owadów pochodzących z różnych regionów klimatycznych w Izraelu. Interesowało nas, w jaki sposób klimat ogólnie wpływa na ich zachowanie.
Które z dotychczasowych wyników badania są najbardziej znaczące?
Zaobserwowaliśmy, że tolerancja termiczna owadów pogarsza się pod wpływem podeszłego wieku i głodu. Skutki głodu są jednak odwracalne. Odkryliśmy również, że temperatury w okresie wzrostu i w życiu dorosłym mają inny, czasami zupełnie odwrotny, wpływ na tolerancję termiczną.
Naszym trzecim odkryciem było to, że w wyniku powtarzającego się stresu termicznego w laboratorium owady przechodziły w swego rodzaju "tryb oszczędzania energii", czyli tryb odporności, podczas którego wykazywały mniejszą aktywność i zdolność do reprodukcji, ale wyższą tolerancję na dodatkowy stres. W przypadku rodziców narażonych na powtarzający się stres występuje efekt przeniesienia na potomstwo, w wyniku czego jest ono nieco mniejsze.
Przeprowadzona przez nas analiza próbek zebranych w ciągu 100 lat wykazała, że w przeciwieństwie do ssaków i ptaków, rozmiar ciała owadów prawdopodobnie nie zmniejsza się w odpowiedzi na zachodzącą zmianę klimatu. Nie zdołaliśmy wykazać zmniejszenia rozmiaru ciała u trojszyków, zatem stwierdziliśmy, że ta "zasada", chociaż ma zastosowanie do ssaków i ptaków, nie sprawdza się w przypadku trojszyków, a prawdopodobnie również innych owadów. Może to oznaczać, że plastyczność fenotypowa owadów, czyli zdolność do ekspresji różnych fenotypów przez ten sam genotyp pod wpływem panujących warunków środowiskowych, jest zbyt silna i w pełni niweluje potencjalne skutki zmiany klimatu.
Czy na podstawie wyników tego projektu można przewidzieć, jak będzie przebiegała ewolucja owadów w obliczu zmiany klimatu i jakie mogą być tego konsekwencje?
Trudno powiedzieć. Skupialiśmy się głównie na natychmiastowych fenotypowych reakcjach na zmianę klimatu. Nasze badanie pokazuje przede wszystkim, że owady reagują na zmiany w bardzo plastyczny sposób oraz że krótkotrwałe warunki mogą mieć duży i zróżnicowany wpływ. Sądzę, że owady są bardziej wytrzymałe, niż się wydaje, i dzięki wysokiej plastyczności doskonale sobie poradzą. Inni badacze oczekują nawet zwiększenia wydajności owadów, ponieważ rośliny będą narażone na większy stres i będą wytwarzać mniej związków biochemicznych chroniących je przed owadami. Może to mieć niepokojące skutki dla szkodników i rolnictwa.
Mówiąc ogólnie, bez bezpośredniego odniesienia do naszego badania, wpływ zmiany klimatu na owady może być istotny pod względem fenologii, czyli połączenia czasowego pomiędzy kwitnieniem roślin a zapylającymi je owadami (może być niekorzystny dla obu tych aspektów), a także pod względem zasięgu geograficznego różnych gatunków. Najbardziej zagrożone są gatunki z ograniczonym zasięgiem geograficznym, wykazujące słabą zdolność rozpraszania się lub zamieszkujące bardzo zimne obszary, ponieważ nie będą miały dokąd uciec; gatunki zamieszkujące ciepłe obszary będą mogły natomiast przenieść się do miejsc, które wcześniej były dla nich zbyt zimne. Co ciekawe, owady rozwijają się szybciej w cieplejszych warunkach, a rosnące temperatury pozwolą owadom na zajęcie siedlisk, w których obecnie nie występują.
CLIMINSECTS
Dofinansowanie z programu LUDZIE 7PR
strona projektu w serwisie CORDIS
Nauki fizyczne i o środowisku - ostatnio dodane
poleca:
