Ο Αμαζόνιος και οι γειτονικές πλαγιές των Άνδεων στη Νότια Αμερική φιλοξενούν έναν εκπληκτικό πλούτο φυτών και ζώων. Τα είδη αυτά αποτελούν πηγές τροφίμων, καταφυγίων και φαρμάκων από την άφιξη των ανθρώπων και στόχο επιστημονικής περιέργειας από τις ημέρες των πρώτων εξερευνητών της ευρωπαϊκής φυσιογνωμίας.
Ποιες διεργασίες παράγουν τέτοια καυτά σημεία πλούτου ειδών και γιατί η βιοποικιλότητα σταδιακά μειώνεται προς τα υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη και τα ξηρότερα κλίματα; Οι επιστήμονες έχουν προτείνει πολλές ανταγωνιστικές εξηγήσεις, αλλά δεν υπάρχει εύκολος τρόπος για να τις δοκιμάσετε. Ως βιογεωγράφοι, αυτοί από εμάς που μελετάμε τη γεωγραφία της ζωής στον πλανήτη, δεν έχουμε την επιλογή να πραγματοποιήσουμε πειράματα πραγματικού κόσμου. Θα ήταν τόσο ανέφικτο όσο και ανήθικο να προβούμε σε τεράστιες εισαγωγές ή εξοντώσεις ειδών και στη συνέχεια να περιμένουμε αιώνες ή χιλιετίες για αποτελέσματα.
Αντ 'αυτού, όπως αναφέρθηκε στην πρόσφατη μελέτη μας που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science, συγκεντρώσαμε μια διεπιστημονική ομάδα βιογεωγράφων και μοντέλων κλιματολογίας για να δημιουργήσουμε έναν εικονικό κόσμο - έναν χώρο για εικονικά πειράματα. Ο κόσμος που αναδημιουργήσαμε ήταν μια χρονική περίοδος προσομοίωσης της ζωής στην ήπειρο της Νότιας Αμερικής, από 800.000 χρόνια πριν μέχρι σήμερα, μέσα από τα κλιμακωτά κλίματα των τελευταίων οκτώ παγετώνων κύκλων. Εάν τα πρότυπα βιοποικιλότητας που παράγονται σε αυτόν τον προσομοιωμένο κόσμο παράγουν λογικά ρεαλιστικά πρότυπα διαφοροποίησης, τότε θα μπορούσαμε να είμαστε βέβαιοι ότι οι οικολογικές και εξελικτικές διαδικασίες που ενσωματώθηκαν στην προσομοίωση ήταν σωστές.
Αυτό που βρήκαμε ήταν μια έκπληξη πέρα από τις καλύτερες προσδοκίες μας. Οι χάρτες της ποικιλομορφίας των ειδών της Νότιας Αμερικής που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις μας φαίνονταν αξιοσημείωτα παρόμοιοι με τους χάρτες των ζώντων πτηνών, των θηλαστικών και των φυτών. Επιπλέον, οι προσομοιώσεις επιβεβαίωσαν διαλείποντες διαδρόμους μετανάστευσης μεταξύ των Άνδεων και του Ατλαντικού Rainforest στη νοτιοανατολική Βραζιλία. Αυτές οι περιοχές είναι σήμερα απομονωμένες μεταξύ τους από ξηρότερα κλίματα, αλλά οι επιστήμονες υποψιάζονται από καιρό ότι υπήρχαν συνδέσεις, με βάση την παρουσία στενά συνδεδεμένων ζωντανών ειδών και στις δύο περιοχές.
Εικονική ζωή σε έναν εικονικό κόσμο
Κάθε προσομοίωση ξεκίνησε με ένα μοναδικό φανταστικό είδος, που σπάρθηκε κάπου σε έναν λεπτομερή τοπογραφικό χάρτη της Νότιας Αμερικής. Στα χρονικά βήματα των 500 χρόνων, συνολικά 1.600 βήματα, το κλίμα ενημερώθηκε με ένα μοντέλο παλαμοκλιματικής τεχνολογίας, το οποίο δημιουργήθηκε από τους συνεργάτες μας Neil Edwards και Phil Holden στο The Open University του Ηνωμένου Βασιλείου
Σε όλες τις περισσότερες από χίλιες προσομοιώσεις, με διαφορετικό συνδυασμό ρυθμίσεων για τέσσερις μόνο μεταβλητές:
- Πόσο χρόνο ο πληθυσμός πρέπει να απομονωθεί για να γίνει ένα νέο είδος
- Πόσο γρήγορα μπορούν να εξελιχθούν τα είδη για να επιβιώσουν, ως απάντηση στην αλλαγή του κλίματος
- Πόσο ένα είδος μπορεί να μετακινηθεί σε ακατάλληλο βιότοπο
- Πόσο ισχυρά στενά συγγενικά είδη ανταγωνίζονται μεταξύ τους.
Γιατί ήταν τόσο περίεργη η ισχυρή αντιστοιχία μεταξύ των προσομοιωμένων χαρτών του πλούτου των ειδών και των πραγματικών χαρτών για τα πουλιά, τα θηλαστικά και τα φυτά; Επειδή οι προσομοιώσεις μας κάλυψαν μόνο μια μικρή χρονική περίοδο στη μακρά ιστορία της Νότιας Αμερικής. Οκτώ εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μπορεί να φανεί όπως ο βαθύς χρόνος, αλλά η Νότια Αμερική διαχωρίστηκε από την Αφρική πριν από 130 εκατομμύρια χρόνια και οι Άνδεις ξεκίνησαν την άνοδό τους πριν από 25 εκατομμύρια χρόνια. Ένας αυξανόμενος κατάλογος των φυτικών και ζωικών ομάδων της Νότιας Αμερικής είναι πλέον γνωστό ότι έχει διαφοροποιηθεί κατά την ύστερη τεταρτοταγή περίοδο - περίπου τα τελευταία 800.000 χρόνια - αλλά τα περισσότερα είδη στην ήπειρο είναι πολύ μεγαλύτερα.
Εκπλήξαμε επίσης ότι οι προσομοιωμένοι χάρτες μας έμοιαζαν τόσο πολύ με τα πραγματικά μοτίβα πλούτου των ειδών, επειδή οι χάρτες μας δεν κατευθύνονταν από κάποιο συγκεκριμένο μοντέλο στόχου της διαφορετικότητας. Κατασκευάστηκαν αυστηρά σε θεμελιώδεις διεργασίες, όπως κατανοούνται από τη βασική έρευνα στην οικολογία και την εξελικτική βιολογία. Για παράδειγμα, διαμορφώσαμε την εξελικτική προσαρμογή στα ακραία κλίματα χρησιμοποιώντας αρχές και εξισώσεις από τη γενετική του πληθυσμού.
Από το λίκνο στο μουσείο μέχρι τον τάφο
Τα ζωντανά είδη σήμερα είναι επιζώντες. Είναι τα ανώτερα άκρα των εξελικτικών δέντρων με πολλά νεκρά κλαδιά κάτω, τα οποία αντιπροσωπεύουν εξαφανίσεις στο παρελθόν. Οι εξελικτικοί βιολόγοι είναι πλέον σε θέση να συμπεράνουν, σε πολλές περιπτώσεις, που οι πρόγονοι των ζωντανών ειδών μπορεί να έχουν ζήσει. Οι περιφέρειες όπου τα είδη πολλαπλασιάστηκαν στο παρελθόν έχουν αποκαληθεί "κούνιες" ειδωλίων. Για παράδειγμα, οι πλαγιές των Άνδεων θεωρούνται εδώ και πολύ καιρό ένα καυτό σημείο.
Το πρώτο διάγραμμα του Charles Darwin για ένα εξελικτικό δέντρο, από το πρώτο του σημειωματάριο για τη μεταστοιχείωση των ειδών (1837). Οι σημειώσεις του καθιστούν σαφές ότι κατάλαβε ότι οι εξαφανίσεις είναι ένα ουσιαστικό στοιχείο της εξέλιξης: «Έτσι τα γένη θα σχηματίστηκαν σε σχέση με τους αρχαίους τύπους με αρκετές εξαφανισμένες μορφές». (Δημόσιος τομέας) Οι περιφέρειες όπου τα είδη έχουν επιμείνει για ιδιαίτερα μεγάλες περιόδους ονομάζονται "μουσεία". Κάθε περιοχή, όπως το Αμαζόνιο, όπου υπάρχουν πολλά αρχαία είδη, μπορεί να θεωρηθεί βιογεωγραφικό μουσείο. Αντίθετα, η εκτίμηση του βαθμού στον οποίο τα νεκρά κλαδιά του εξελικτικού δέντρου πρέπει να τοποθετηθούν στον χάρτη - οι "τάφοι" - είναι σχεδόν αδύνατο μελετώντας τη γεωγραφία των ζωντανών επιζώντων.
Μέσα από τις προσομοιώσεις μας, ακολουθήσαμε και χαρτογραφήσαμε ολόκληρη την "τροχιά ζωής" κάθε εικονικού είδους, από το λίκνο στον τάφο, στο χώρο και στο χρόνο.
Καθώς το κλίμα αλλάζει από βήμα προς βήμα σε μια προσομοίωση, η γεωγραφική περιοχή ενός είδους (η θέση του στο χάρτη) μπορεί να κατακερματιστεί από ακατάλληλο κλίμα. Αν ένα κομμάτι παραμείνει απομονωμένο αρκετά καιρό, δηλώνεται ένα νέο είδος. Ο χρόνος κατακερματισμού και η θέση ενός τέτοιου θραύσματος κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου απομόνωσης ορίζει το "τμήμα της βάσης" της διαδρομής ζωής του.
Όταν και αν ένα εικονικό είδος εξαφανιστεί, καταγράψουμε τον χρόνο και σχεδιάζουμε στον χάρτη τη θέση της πτώσης προς την εξαφάνιση, η οποία αντιπροσωπεύει το "σοβαρό τμήμα" της διαδρομής ζωής του είδους. Ο χρόνος και ο τόπος που κάθε είδος διατηρείται μεταξύ της φάσης του λίκνου και του τάφου, ορίζει το «τμήμα του μουσείου» της διαδρομής ζωής του.
Οι προσομοιώσεις μας παρήγαγαν χάρτες λίκνων, μουσεία και για πρώτη φορά τάφους. Οι χάρτες επιβεβαίωσαν ότι οι ανατολικές πλαγιές των Άνδεων και του δυτικού Αμαζονίου είναι λίκνες ειδωλίων. Οι τάφοι της εξαφάνισης συνέπεσαν με λίκνες σε ορισμένες περιοχές, όπως το Αμαζόνιο, και μετατοπίστηκαν από λίκνα σε άλλους, όπως οι Άνδεις. Η ανατολική πλαγιά των τροπικών Άνδεων αποδείχτηκε όχι μόνο ένα λίκνο αλλά και ένα πλούσιο μουσείο βιοποικιλότητας.
Παρακολουθήσαμε επίσης το πότε η συσσώρευση και η εξαφάνιση κορυφώθηκαν και μειώθηκαν κατά τη διάρκεια των προσομοιώσεων και διαπίστωσαν ότι οι παγετώδεις κύκλοι οδήγησαν και τις δύο διαδικασίες. Οι αιχμές εξαφάνισης τείνουν να ακολουθούν τις κορυφές των ειδών σε περιόδους ταχείας αύξησης της θερμοκρασίας στο τέλος των ψυχρών παγετώνων περιόδων.
Η δυναμική του κλίματος και η τοπογραφία οδηγούν τα μοτίβα
Η μελέτη μας μας οδηγεί στο να πιστέψουμε ότι τα πρότυπα πλούτου για τα ζωντανά είδη, ανεξάρτητα από την ηλικία ενός είδους, προέρχονται από τις ίδιες υποκείμενες διεργασίες που μοντελοποιήσαμε στη προσομοίωση. Η αλληλεπίδραση μεταξύ του ταραχώδους κλίματος των τελευταίων 800.000 χρόνων και των δραματικών τοπίων της Νότιας Αμερικής οδήγησε στη συσσώρευση σε μερικές νεότερες ομάδες φυτών και ζώων, αλλά μετέτρεψε τη θέση των νέων και των αρχαίων ειδών σε συναυλία, αδιάκριτα.
Οι ανθρώπινες δραστηριότητες αναγκάζουν αλλαγές στο παγκόσμιο κλίμα με έναν πρωτοφανή ρυθμό, πολύ πιο γρήγορα από τη δυναμική του κλίματος στο μοντέλο μας. Γνωρίζουμε ότι τα είδη αυτά βρίσκονται ήδη σε κίνηση, καθώς οι σειρές τους μετατοπίζονται με ανησυχητικά ποσοστά στη γη και στις θάλασσες, με βαθιές επιπτώσεις στην ανθρώπινη ζωή και στα μέσα διαβίωσης.
Αν και οι προσομοιώσεις μας δεν είχαν σχεδιαστεί για να προβλέψουν το μέλλον, αποκαλύπτουν έντονα τη δυναμική δύναμη της κλιματικής αλλαγής για να διαμορφώσουν τη ζωή στη Γη.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στην Η συζήτηση.
Robert K. Colwell, Καθηγητής Διακεκριμένων Ερευνών, Πανεπιστήμιο του Κοννέκτικατ
Thiago F. Rangel, Καθηγήτρια Οικολογίας, Universidade Federal de Goias
