Полярне сяйво підтримує біорізноманіття протягом мільйонів років

Відповідно до нового дослідження, унікальне світлове середовище полярних регіонів Землі створює умови, які сприяють формуванню циркумполярних гібридних зон навколо Північного та Південного полюсів.  Ці екстремальні умови синхронізують репродуктивну фенологію різних видів, змушуючи їх мати коротший період для розмноження, що може підтримувати біорізноманіття в довгостроковій перспективі.

Полярне сяйво впливає на біорізноманіття

У недавній дослідницькій статті професор Карі Сайкконен з Університету Турку, Фінляндія, та його колеги представили нову теорію про те, як середовище полярного світла впливає на біорізноманіття протягом мільйонів років.  Дослідження, опубліковане в журналі One Earth, вивчає роль унікальних циклів світла біля полюсів у формуванні довгострокового біорізноманіття.

Екстремальні цикли полярного сяйва

Режим денного світла на Землі значно змінюється залежно від широти. На екваторі день і ніч майже однакові протягом усього року, лише з незначними сезонними коливаннями тривалості дня в міру віддалення від екватора.  Однак ближче до полюсів спостерігається значна сезонність, що призводить до таких явищ, як «опівнічне сонце», коли світловий день триває 24 години влітку, і «полярна ніч», коли сонце не сходить місяцями протягом взимку в районах Північного і Антарктичного кіл.

«У центрі нашої теорії лежить гіпотеза про те, що надзвичайна освітленість полярних регіонів створює гібридні зони в обох полярних регіонах», — сказав Сайкконен.

Сезонні зміни тривалості дня 

На відміну від температури, яка може змінюватися непередбачувано залежно від місцевого та глобального клімату, тривалість дня є стабільним фактором навколишнього середовища, який змінюється відповідно до широти.  Багато організмів, особливо фотосинтезуючих, таких як рослини та деякі мікроби, пристосувалися використовувати сезонні зміни тривалості дня як сигнали для визначення часу свого розмноження.

Оскільки багато організмів покладаються на світло як на сигнал, середовище полярного світла збільшує ймовірність того, що близькі види рослин будуть цвісти одночасно. Це створює можливості для гібридизації, коли організми розмножуються з особинами іншого виду або сорту.

Полярне сяйво і гібридизація 

Сайкконен зазначив, що хоча гібридизація поширена майже у всіх групах організмів, її роль як сили для підтримки біорізноманіття до кінця не зрозуміла. 

«Гібридизація також може включати зворотне схрещування, коли гібридні особини спаровуються з представниками вихідного виду. Це дозволяє передавати гени між видами, створюючи нові адаптивні комбінації генів, які підходять до різних умов середовища», – пояснив Сайкконен.

У нижчих широтах, де тривалість дня лише незначно змінюється між сезонами, час розмноження різних популяцій або підвидів менш імовірно збігається, і тому гібридизація менш поширена.  Однак у полярних регіонах унікальні світлові цикли можуть сприяти більш частій гібридизації, що призводить до нового біорізноманіття протягом тривалих геологічних періодів.

Еволюція біорізноманіття 

«Зміщення ареалу видів по широтах під час холодних і теплих циклів на Землі спричиняють періодичну ізоляцію та контакт між видами. Це призводить до змішування та диференціації видів, що призводить до появи нового біорізноманіття протягом тривалих періодів часу», – сказав Сайкконен. Мікроби відіграють вирішальну роль в еволюції біорізноманіття з моменту виникнення життя, і вони продовжують справляти значний вплив на підтримку та розвиток глобального біорізноманіття.

«Мікроби є всюдисущими, і все більше доказів показують їхній високий адаптаційний потенціал через короткий життєвий цикл. Багато мікробів є світлочутливими і впливають на самопочуття практично всіх рослин і тварин. Оскільки всі рослини і тварини мають різноманітну мікробіоту, до них слід ставитися як до єдиного цілого», — сказав Сайкконен.

Полярні регіони швидко нагріваються

У своєму дослідженні експерти припускають, що світлочутливі мікроби можуть відігравати певну роль у допомозі рослинам адаптуватися до екстремальних умов освітлення полярних регіонів. Зміна клімату та втрата біорізноманіття є одними з найбільших глобальних загроз для екосистем сьогодні. Полярні регіони, зокрема, нагріваються набагато швидшими темпами, ніж у середньому по всьому світу – у 2–4 рази швидше.

«Кліматичні моделі передбачають, що арктичний морський лід розтане до кінця цього століття. За той же період площа Антарктиди, вільна від льоду, збільшиться з приблизно 2% сьогодні до майже 25%», – сказав Сайкконен.

Лише танення західних антарктичних льодовиків може призвести до підвищення рівня моря на п’ять метрів, загрожуючи 10% населення світу та багатьом прибережним екосистемам світу протягом наступних десятиліть чи століть».

Втрата біорізноманіття через клімат

Дослідники стверджують, що звичайний підхід до біорізноманіття, орієнтований на види, повинен розширюватися, щоб включити генетичне різноманіття організмів і важливість мікробних асоційованих рослин і тварин.

«Ми припускаємо, що в довгостроковій перспективі біорізноманіття може відновитися після збурень і масового вимирання, але екосистеми реструктуризуватимуться у вигляді скупчень нових видів», — сказав Сайкконен.

«Це вимагає підвищеної уваги до важливості забезпечення достатнього генетичного різноманіття, різноманітності видів і потенціалу взаємодії видів для підтримки майбутньої диверсифікації та функцій і послуг екосистем. Боротьба зі втратою біорізноманіття, спричиненою зміною клімату, має вирішальне значення».