Naukowcy badają, jak wymieranie ptaków i zmiany klimatyczne wpływają na różnorodność genetyczną i ochronę palmy będącej symbolem lasu atlantyckiego
Jest wiele czynników, które wydają się wpływać na przetrwanie palmy juçara, z której pozyskuje się najlepszej jakości serce palmy - i właśnie z tego powodu najbardziej cenione. Oprócz silnej presji wynikającej z nielegalnego wycinania juçary i zniszczenia Lasu Atlantyckiego, wymieranie ptaków i zmiany klimatyczne mogą doprowadzić do wyginięcia gatunku w przyrodzie.
Zjawisko wyginięcia zwierząt nazywane jest przez naukowców defaunacji. Utrata gatunków zwierząt odpowiedzialnych za rozprzestrzenianie się nasion i zmiany klimatyczne jest generalnie ignorowana w ochronie flory. Te dwa czynniki zostały wykryte przez lata badań biologa Mauro Galettiego i jego zespołu z Wydziału Ekologii na Universidade Estadual Paulista (Unesp) w Rio Claro.
Serce palmy można wydobyć z łodygi kilku gatunków palm, ale te powszechnie używane do spożycia to te z juçary, pupunha i açaí (lub açaí). Palma juçara ( Euterpe edulis ) pochodzi z Lasu Atlantyckiego, podczas gdy inne gatunki pochodzą z Amazonii.
Różnica między tymi trzema gatunkami polega na tym, że juçara ma jeden pień, podczas gdy inne tworzą kępy. W ten sposób, podczas wydobywania serca palmy, palma juçara obumiera, podczas gdy pupunha i açaí wyrastają z głównego pnia, jak to ma miejsce w przypadku bananowców.
Inną ważną różnicą jest to, że juçara potrzebuje od ośmiu do 12 lat, aby wytworzyć wysokiej jakości serce palmy, podczas gdy palma pupunha może zostać wyekstrahowana dopiero po 18 miesiącach sadzenia.
Dlatego też ekstrakcja serc palmy juçara nieuchronnie pociąga za sobą wycinkę osobników dorosłych, najlepiej większych (palmy mogą osiągać 20 metrów wysokości). Kiedy ścinane są dorosłe osobniki, jest mniej roślin, które produkują nasiona, które mają być rozproszone i wykiełkowane. Populacja spada, a nawet lokalnie może wyginąć.
Z tych wszystkich powodów palma juçara znajduje się na Czerwonej Liście gatunków zagrożonych wyginięciem Brazylii, przygotowanej przez Narodowe Centrum Ochrony Flory.
Zachowanie juçary jest bezpośrednio związane z zachowaniem różnorodności biologicznej Lasu Atlantyckiego. Jego nasiona i owoce służą jako pokarm dla ponad 48 gatunków ptaków i 20 ssaków. Tukany, jacutingi, jacus, sabiás i arapongas są głównymi odpowiedzialnymi za rozprzestrzenianie się nasion, podczas gdy cotias, tapiry, kolekcjonerzy, wiewiórki i wiele innych zwierząt czerpie korzyści z ich nasion lub owoców. Owoce są bogate w tłuszcze i przeciwutleniacze, dlatego są tak poszukiwane przez zwierzęta.
Naukowcy z Unesp odkryli, że przyspieszony spadek populacji ptaków rozsiewających nasiona, spowodowany fragmentacją lub zniszczeniem siedlisk lub nielegalnym chwytaniem, jest główną przyczyną utraty zmienności genetycznej juçary. A gdy zmienność genetyczna zostanie utracona, gatunek staje się bardziej wrażliwy na przyszłe wyzwania, takie jak zmiany klimatyczne, które mają wpływ na planetę.
W badaniu opublikowanym w Conservation Genetics naukowcy z Unesp, Federalnego Uniwersytetu Goiás i Uniwersytetu Stanowego w Santa Cruz doszli do wniosku, że obecny wzorzec różnorodności genetycznej E. edulis w Lesie Atlantyckim jest połączeniem zmian klimatycznych w ciągu ostatnich tysięcy lat. oraz działania człowieka, takie jak niszczenie siedlisk i wyginięcie ptaków rozsiewających nasiona.
W tej pracy naukowcy odkryli, że różnorodność genetyczna palmy juçara została zmniejszona przez zmiany klimatyczne w ciągu ostatnich 10000 lat (naturalny proces historyczny) i że dziś proces ten można wyjaśnić wyginięciem dużych owocożernych ptaków (proces antropiczny, czyli wynikające z działalności człowieka).
To odkrycie skłoniło naukowców do podjęcia próby zrozumienia, jak owocożerne ptaki wpływają na proces różnicowania genetycznego juçary.
Badania przeprowadzone w laboratorium profesora Galettiego potwierdziły już, że istnieje związek między zmniejszeniem rozmiaru nasion juçary (który naturalnie waha się od 8 do 14 milimetrów średnicy) a lokalnym wymieraniem dużych ptaków, które rozpraszają ich nasiona.
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science w 2013 r. Naukowcy zbadali 22 obszary lasu atlantyckiego rozmieszczone między Parana, São Paulo, Rio de Janeiro, Minas Gerais i południową Bahią. Stwierdzili, że na obszarach, na których występowały duże ptaki owocożerne, takie jak tukany ( Ramphastos spp .), Guany ( Penelope spp .) I jacutingas (i> Aburria jacutinga), nasiona juçary były większe i mogły przekraczać 12 milimetrów. Na terenach, gdzie przeważały tylko mniejsze gatunki z mniejszymi dziobami, jak np. Drozd ( Turdus spp.), Średnica nasion juçary nie przekraczała 9,5 milimetra.
Innymi słowy: na obszarach Lasu Atlantyckiego, gdzie populacja tukanów, guanów, arapongów ( Procnias nudicollis ) i jacutingas została lokalnie wygaszona przez polowanie, większe nasiona nie są już rozproszone, ponieważ są zbyt duże dla małych owocożernych, takich jak drozdy, które tylko udaje im się połknąć małe nasiona. Nasiona, które nie są spożywane przez ptaki, nie kiełkują, to znaczy, że juçara zależy od ptaków, aby utrzymać swoją populację.
Taka różnica w wielkości nasion może wydawać się niewielka, ale tak nie jest. Jest to ważne dla ochrony dłoni. „Dzieje się tak, ponieważ mniejsze nasiona łatwiej tracą wodę, ponieważ mają mniejszą powierzchnię, a to sprawia, że palmy są bardziej wrażliwe na wydłużające się okresy suszy, które powinny zwiększać ich częstotliwość wraz ze zmianami klimatycznymi”, wyjaśnia Galetti.
Naukowcy odkryli, że w lasach w pobliżu Rio Claro, gdzie dominują juçary z małymi nasionami, po suszy w 2014 r. Po prostu nie kiełkowały.
„Presja selekcyjna spowodowana defaunacją jest tak silna, że na niektórych obszarach potrzeba było 50 lat, zanim większe nasiona juçary zniknęły. Czy taki dobór byłby zauważalny na poziomie genetycznym? To właśnie to odkrycie doprowadziło do naszej nowej pracy ”, powiedziała biolog Carolina da Silva Carvalho, doktorantka Galetti.
W badaniu opublikowanym w 2016 roku w Scientific Reports grupy Nature, grupa Unesp wykazała, że defaunacja, oprócz zmiany fenotypowej zmienności (wielkości) nasion juçary, prowadzi do zmian ewolucyjnych w populacjach Euterpe edulis , lub to znaczy w swoim genotypie.
Badania były wspierane przez Fundację Wspierania Badań Stanowych w São Paulo (Fapesp) w ramach projektu tematycznego „Ekologiczne konsekwencje defaunacji w lesie atlantyckim” oraz Regularnej pomocy „Nowe metody pobierania próbek i narzędzia statystyczne do badań nad różnorodnością biologiczną: integracja ekologia ruchu z ekologią ludności i społeczności ”.
„W tej pracy chcieliśmy wiedzieć, czy wyginięcie dużych owocożernych ptaków może doprowadzić do zmiany genetycznej w sercu dłoni. Wiedzieliśmy jednak, że czynniki historyczne mogą również wpływać na różnorodność genetyczną serca dłoni Juçara. Zbudowaliśmy więc zestaw hipotez i oceniliśmy, który proces najlepiej wyjaśnia wzorzec różnorodności genetycznej wśród populacji E. edulis ”- powiedział Carvalho.
W badaniach uwzględniono trzy główne zmienne, które mogą wpływać na zmiany genetyczne w populacjach palmy juçara. Najpierw uwzględniono dane dotyczące utraty dużych owocożernych środków rozpraszających nasiona juçary (defaunacja).
Po drugie, uwzględniono dane dotyczące pochodzenia biogeograficznego różnych populacji E. edulis . Zbadano różnice w populacjach palm rosnących w lasach ombrofilnych, najgęstszych i najbardziej wilgotnych lasach o liściach zimozielonych oraz rosnących na terenach pół-liściastych, bardziej otwartych i suchych, z roślinnością, która sezonowo traci liście.
Zbadano także rolę fragmentacji obszarów Lasu Atlantyckiego w zmianie zmienności genotypowej juçary. Fragmentacja lasów może prowadzić do drastycznego zmniejszenia liczebności populacji i wzrostu izolacji przestrzennej populacji, zmniejszając tym samym ich różnorodność genetyczną.
„Nasza praca wyraźnie wykazała genetyczne zróżnicowanie między palmami w miejscach, w których znajdują się duże ptaki i bez nich, i doszliśmy do wniosku, że wyginięcie dużych owocożerców zmienia ewolucję serca palmy juçara”, dodaje Carvalho.
Czy ta różnica genetyczna jest związana z wielkością nasion? „Jeszcze nie wiemy. Nie posunęliśmy się tak daleko, aby przeanalizować genetykę juçary, aby dowiedzieć się, które geny są odpowiedzialne za zmienność wielkości nasion. Możemy powiedzieć, że defaunacja zmienia dobór naturalny, w którym rozproszone są tylko małe nasiona juçary, a także wpływa na genetykę rośliny ”- powiedział Galetti.
Biorąc pod uwagę wszystko, co dotychczas stwierdzono, czy można odwrócić tę sytuację? Innymi słowy, czy można zagwarantować, że populacje, które mają tylko małe nasiona, przetrwają w obliczu zmian klimatycznych?
Naukowcy starają się teraz odzyskać różnorodność genetyczną i zmienność rozmiarów nasion juçary, w których jest ona zagrożona.
„Na wielu obszarach naturalnych, jeśli nie będziemy interweniować, populacje serc palmowych mogą zniknąć wraz ze zmianą klimatu, ponieważ małe nasiona tracą więcej wody i nie kiełkują. Innymi słowy, w latach gorących i suchych nasiona nie wykiełkują ”, powiedział Galetti.
„W tej nowej fazie projektu chcemy ocenić, jaki jest najlepszy sposób odzyskania zmienności genetycznej i rozmiaru nasion w populacjach, w których wymarły duże rozsiewacze nasion. Istnieją obszary z dużymi i małymi nasionami. Jednak ze względu na brak większych ptaków nie są rozpraszane tylko duże nasiona. Są też obszary, w których duże nasiona już zniknęły. Dlatego analizujemy, czy zwykła reintrodukcja dużych ptaków wystarczy, aby zagwarantować pełną regenerację nasion rdzenia palmy, czy też potrzebujemy innych, bardziej skutecznych strategii odbudowy ”, powiedział Carvalho.
„Bez serc palmowych Las Atlantycki zuboża, ponieważ juçara karmi największe rozsiewacze nasion w lesie”, komentuje Galetti. „Podczas wykładu na ten temat dla rolników i osób prowadzących szkółki sadzonek juçary szybko powiedzieli mi, że od teraz będą wybierać największe nasiona i z nich produkować sadzonki” - powiedział Galetti.
Badanie ekologii palmy juçara zajmuje centralne miejsce w naukowej trajektorii Galettiego. „Zacząłem studiować rozsiewanie nasion podczas matury w 1986 roku, dzięki stypendium Fapesp. Zbadałem, które ptaki rozproszyły się i polowały na nasiona juçary. To była podstawa wszystkich naszych późniejszych badań, ponieważ mamy solidną podstawę w historii naturalnej na temat interakcji owocożernych z sercem dłoni iz wielką pewnością możemy powiedzieć, którzy są najlepszymi dyspergatorami juçary ”- powiedział.
Artykuły:
Stabilność klimatyczna i współczesny wpływ człowieka na różnorodność genetyczną i stan ochrony palmy tropikalnej w Lesie Atlantyckim w Brazylii (doi: 10.1007 / s10592-016-0921-7), autor: Carolina da Silva Carvalho, Liliana Ballesteros-Mejia, Milton Cezar Ribeiro, Marina Corrêa Côrtes, Alesandro Souza Santos i Rosane Garcia Collevatti: //link.springer.com/article/10.1007/s10592-016-0921-7.
Defaunacja prowadzi do mikroewolucyjnych zmian w tropikalnej dłoni (doi: 10.1038 / srep31957), autorstwa Carolina S. Carvalho, Mauro Galetti, Rosane G. Colevatti i Pedro Jordano: //www.nature.com/articles/srep31957.
Funkcjonalne wymieranie ptaków powoduje szybkie zmiany ewolucyjne w wielkości nasion (doi: 10.1126 / science.1233774), autorstwa Mauro Galetti, Rogera Guevary, Marina C. Côrtes, Rodrigo Fadini, Sandro Von Matter, Abraão B. Leite, Fábio Labecca, Thiago Ribeiro , Carolina S. Carvalho, Rosane G. Collevatti, Mathias M. Pires, Paulo R. Guimarães Jr., Pedro H. Brancalion, Milton C. Ribeiro i Pedro Jordano. 2013: //science.sciencemag.org/content/340/6136/1086.
Źródło: Peter Moon, z Agência Fapesp
