Амазонска и сусједна падина Анда у Јужној Америци угошћује задивљујуће богатство биљака и животиња. Ове врсте су извор хране, склоништа и лекова од доласка људи и мета научне радозналости још од дана најранијих европских истраживача природности.
Који процеси производе тако вруће тачке богатства врста и зашто се биолошка разноликост постепено смањује према већим ширинама и сувијим климама? Научници су предложили многа такмичарска објашњења, али не постоји једноставан начин да се тестирају. Као биогеографи, они од нас који проучавају географију живота на планети, немамо могућност да спроводимо експерименте у стварном свету. Било би непрактично и неетично предузимати масовно уношење или истребљење врста, а затим чекати векове или хиљаде година за резултате.
Уместо тога, као што је речено у нашем недавном истраживању објављеном у часопису Сциенце, окупили смо интердисциплинарни тим биогеографа и климатских моделара да би створили виртуелни свет - место за виртуелне експерименте. Свет који смо рекреирали била је временска симулација живота на континенту Јужна Америка, од пре 800.000 година до данас, кроз климе бича задњих осам ледених циклуса. Ако би обрасци биоразноликости произведени у овом симулираном свијету произвели разумно реалистичне обрасце разноликости, тада бисмо могли бити сигурни да су еколошки и еволуцијски процеси уграђени у симулацију били у праву.
Оно што смо пронашли је изненађење изван наших најдражих очекивања. Мапе разноликости врста у Јужној Америци које су настале из наших симулација изгледале су невероватно слично мапама живих птица, сисара и биљака. Штавише, симулације су потврдиле повремене миграцијске коридоре између Анда и Атлантске прашуме на југоистоку Бразила. Ови региони су тренутно изолирани један од другог због сушег поднебља, али научници дуго сумњају да постоје везе, засноване на присуству уско повезаних живих врста у оба региона.
Виртуелни живот у виртуелном свету
Свака симулација почела је једном имагинарном врстом, засађеном негде на детаљној топографској мапи Јужне Америке. У временским корацима од 500 година, укупно 1.600 корака, клима је ажурирана врхунским моделом палео-климе коју су створили наши колеге Неил Едвардс и Пхил Холден са Отвореног универзитета у Великој Британији.
Све скупа извели смо више од хиљаду симулација, а свака има различиту комбинацију подешавања за само четири променљиве:
- Колико дуго мора бити изолирана популација да би постала нова врста
- Колико брзо врсте могу да се развију како би преживеле као одговор на климатске промене
- Колико врста може да се креће преко неприкладног станишта
- Колико се снажно повезане врсте такмиче једна са другом.
Зашто је толико изненађујућа снажна подударност између наших симулираних мапа богатства врста и мапа у стварном свету за птице, сисаре и биљке? Зато што су наше симулације покривале само мали део времена у дугој историји Јужне Америке. Осам стотина хиљада година може се чинити дубоким временом, али Јужна Америка се одвојила од Африке пре 130 милиона година, а Анди су започели свој успон пре 25 милиона година. За растућу листу биљних и животињских група у Јужној Америци сада се зна да се диверзификовало током касног квартера - отприлике у последњих 800.000 година - али већина врста на континенту много је старија.
Такође смо били изненађени што су наше симулиране мапе толико подсећале на стварне обрасце богатства врста, јер наше мапе нису биле вођене никаквим одређеним циљним обрасцем разноликости. Они су изграђени строго на фундаменталним процесима, како је схваћено из основних истраживања из екологије и еволуционе биологије. На пример, моделирали смо еволуциону прилагодбу климатским крајностима користећи принципе и једначине из популацијске генетике.
Од колијевке до музеја до гроба
Данас живе врсте. Они су горњи врхови еволутивних стабала са мноштвом мртвих грана испод, која представљају изумирање у прошлости. Еволуцијски биолози сада су у могућности да закључе у многим случајевима тамо где су можда живели преци живих врста. Регије у којима су се врсте у прошлости размножавале постале су назване „колијевкама“ специјализације. Напримјер, андске падине дуго су се сматрале жариштем специјализације.
Први дијаграм еволуционог стабла Цхарлеса Дарвина, из његове Прве свеске о трансмутацији врста (1837). Из његових белешки је јасно да је схватио да су изумирања суштински елемент еволуције: "Тако би се формирали родови који се односе на древне типове са неколико изумрлих облика." (Јавни домен) Регије у којима врсте постоје дуже време називају се „музеји“. Било који регион, попут Амазоније, где постоје многе древне врсте, може се сматрати биогеографским музејем. Супротно томе, процењивање места где се мртве гране еволуционог стабла смештају на мапу - "гробови" - практично је немогуће проучавањем географије живих преживелих.
Кроз наше симулације пратили смо и пресликали целокупну „путању живота“ сваке виртуелне врсте, од колијевке до гроба, у простору и времену.
Како се клима мења из корака у корак у симулацији, географски распон неке врсте (њен положај на мапи) може бити фрагментиран од стране неприкладне климе. Ако фрагмент остане довољно дуго у изолацији, проглашава се новом врстом. Време фрагментације и место таквог фрагмента током овог периода изолације дефинише „колијевку сегмент“ његове животне путање.
Када и ако виртуелна врста изумре, на мапи биљежимо вријеме и цртамо мјесто пада према изумирању, што представља „гробни сегмент“ путање животног вијека врсте. Вријеме и мјесто одржавања сваке врсте између стадиона колијевке и гробне фазе дефинирају „музејски сегмент“ његове животне путање.
Наше симулације произвеле су мапе колијевки, музеја и, по први пут, гробова. Мапе су потврдиле да су источне падине Анда и западна Амазона колијевка специјализације. Гробови изумирања подударали су се са колијевкама у неким регионима, попут Амазоније, а у другим су расељени из колевки, попут Анда. Источна падина тропских Анда показала се не само колијевком, већ и богатим музејем биолошке разноликости.
Такође смо пратили када су спецификације и изумирања достигле врхунац и опадале током симулација, и откриле смо да ледени циклуси покрећу оба процеса. Врхови изумирања обично су пратили врхове специјализације у периодима брзог загревања на крају хладних ледених периода.
Климатска динамика и топографија управљају обрасцима
Наше истраживање нас наводи да верујемо да обрасци богатства живих врста, без обзира на старост врсте, потичу из истих процеса у којима смо моделирали. Интеракција између узбуркане климе у протеклих 800.000 година и драматичних пејзажа Јужне Америке покренула је специјализацију код неких млађих група биљака и животиња, али премештала је локације и младих и древних врста у концерту, без обзира на то.
Људске активности форсирају промене у глобалној клими невиђеном брзином, много брже од климатске динамике у нашем моделу. Знамо да су врсте већ у покрету, њихов распон се помера алармантним стопама на копну и у морима, што има дубоке последице на људски живот и средства за живот.
Иако наше симулације нису дизајниране тако да предвиђају будућност, оне живо откривају динамичку снагу климатских промена да би обликовале живот на Земљи.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Роберт К. Цолвелл, угледни професор истраживања, Универзитет у Конектикату
Тхиаго Ф. Рангел, професор екологије, Универсидаде Федерал де Гоиас
