Biogeografija je veda, ki raziskuje razširjenost in številčnost rastlin in živali v prostoru in času. Rekonstruirati poskuša zgodovino poseljevanja zemeljske površine. Skupina slovenskih biologov je razvila nov, bolj natančen pristop za določanje pretekle razširjenosti organizmov, ki dopolnjuje vedenje o tem, kako je potekalo poseljevanje celin, svojo študijo pa objavila v reviji Journal of Biogeography.

Poleg sorodnosti med organizmi so upoštevali tudi njihovo zmožnost premagovanja daljših razdalj v posameznih zemeljskih obdobjih. O moderni biogeografiji, ki se je začela pospešeno razvijati konec 20. stoletja, smo se pogovarjali z dr. Matjažem Kuntnerjem, biologom in direktorjem Nacionalnega inštituta za biologijo.


 

Vsakodnevno poslušamo o biomedicini in biokemiji, o biogeografiji pa v javnosti doslej še nismo veliko slišali, čeprav je v resnici verjetno celo najstarejša v razredu ved, ki so povezane z biologijo. Kaj sploh je biogeografija in kdaj se je začela bolj razvijati?

Naravoslovci si že stoletja prizadevajo razložiti, zakaj organizmi poseljujejo neka omejena območja in ne drugih. Darwina je recimo zanimalo, kako so lahko odmaknjeni otoki dom svojevrstnih oblik življenja in kako te vrste nastajajo. Ugotovil je, da so vsi organizmi podvrženi spremembam, in ta mehanizem evolucije poimenoval naravna in spolna selekcija. Razumel je tudi, da se organizmi selijo ali njihovi deli pasivno prenašajo po zemlji in da je to vir novih kolonizacij otokov in celin. In da se zemeljsko površje spreminja z naravnimi pojavi, kot so vulkanski nastanki otokov, potresi in drugo.



Takrat pa ni mogel razumeti, da so se tudi celine v zemeljski zgodovini premikale. Šele z razumevanjem tektonskega preoblikovanja površine zemlje se rodi biogeografija, ki predvideva dva načina kolonizacij organizmov. Eden je migracija, drugi pa vikarianca, kar pomeni nastajanje novih vrst po tem, ko se med populacijami pojavi fizična bariera. Moderna biogeografija je dobila nov zagon konec prejšnjega stoletja z razvojem kladističnih (kladistiki iščejo klade – naravne skupine, ki vključujejo skupnega prednika in vse njegove potomce, op. a.) metod rekonstrukcije sorodnosti med organizmi in njihovimi areali. Dodaten zagon je pridobila z razvojem analiz DNK, kasneje pa še z razvojem filogenetskih metod, s katerimi danes rekonstruiramo časovne dimenzije poseljevanja.
 

Sveta ne vodita ravnovesje in trdnost, temveč dinamične spremembe, je menil Alexander von Humboldt, pruski prirodoslovec iz 18. stoletja, k čemur lahko prištejemo tudi migracije ljudi, rastlin in živali. Danes so migracije problem zlasti na ravni tako imenovanih škodljivih organizmov, to je žuželk, in invazivnih rastlinskih vrst. So migracije lahko tudi zaželene?

V biološkem smislu so migracije dobre in slabe. Tiste, ki jih imamo za naravne, so dobre, saj prenašajo genski material in s tem, ko odpirajo nove niše, lahko povzročajo nastajanje novih vrst. Torej prispevajo k biodiverziteti. Te dobre migracije so se dogajale v celotni zemeljski zgodovini. Biologi imamo za slabe migracije tiste, ki niso naravne. Primer je vnos alohtonih vrst (organizem, ki je bil priseljen od drugod s pomočjo človeka, op. a.) v nova okolja. Drugi primer so invazivne vrste, ki se razširjajo v vedno bolj homogenizirana okolja. Te slabe migracije lahko naredijo ogromno škode naravnim ekosistemom. Navsezadnje imamo lahko za slabe migracije tudi pandemije, saj patogene prenašamo ljudje zelo nenaravno in se lahko v nekaj dneh pojavijo po vsem svetu. Vsem slabim migracijam je skupno to, da jih je povzročil ali dovolil človek.
 

Danes v državo kot fizične osebe ne smemo vnašati tujih semen in rastlin, medtem ko so se von Humbolt, Darwin in drugi raziskovalci v zgodovini biologije domov vračali s polnimi ladjami tujih rastlinskih in živalskih organizmov, da bi jih proučili. Danes bi bilo takšno početje najbrž precej sporno.

Zgodnjim raziskovalcem smo lahko hvaležni, da so popolnjevali zbirke naravoslovnih muzejev. Mnogo vrst smo spoznali in formalno opisali prav po teh primerkih. Naravoslovne zbirke so pomembne še danes; tako zbirke organizmov kot njihovega genskega materiala. Izmenjave organizmov živahno potekajo naprej in so pomembne za morebitne ponovne introdukcije izumrlih organizmov. Seveda pa smo danes zavezani k mednarodnim konvencijam in protokolom, ki regulirajo tako dostop do zbirk organizmov kot pravice morebitnih izrab ali patentov, ki izvirajo iz teh študij.
 

S kolegi ste razvili bolj natančen pristop za določanje pretekle razširjenosti organizmov po svetu na ravni posamezne družine. Zanimala vas je geografska razširjenost subtropskih pajkov zlatih mrežarjev skozi njihovo evolucijsko zgodovino. V čem je novost?

Za zanesljivo določitev razširjenosti skupine organizmov v preteklosti potrebujemo dobre podatke o evoluciji skupine skozi čas. Z modernimi filogenetskimi analizami podatkov DNK lahko določimo okvir, pred koliko milijoni let je med organizmi prišlo do evolucijskih razcepov. Ko takšne podatke združimo z znanjem o geološki zgodovini zemlje, si lahko ustvarimo najverjetnejše scenarije o tem, iz katerega območja organizmi izvirajo, kako je potekalo njihovo poseljevanje celin in kako so nastajale nove vrste. Mi smo tem že sprejetim metodam dodali več natančnosti. Lotili smo se novega pristopa, ki poleg sorodnosti med organizmi upošteva tudi njihovo zmožnost za premagovanje daljših razdalj v posameznih zemeljskih obdobjih. Metodo razvija doktorandka Eva Turk na ZRC SAZU, sodelovali pa smo še drugi, tudi na Nacionalnem inštitutu za biologijo. Ključ našega pristopa je, da upošteva mobilnost organizmov, obenem pa spreminja verjetnost medcelinskih migracij skozi časovna obdobja. V študiji smo rekonstruirali biogeografsko zgodovino pajkov družine Nephilidae skozi njihovo več kot 130 milijonov let dolgo evolucijo. Ugotovili smo, da so se nekateri predniki te skupine živahno selili med celinami, medtem ko so drugi ostajali na svojih predniških domovih.
 

Pajki mrežarji jadrajo z vetrom, kot mladi pajkci so tako lahko zelo mobilni. Foto NIB

Pajki mrežarji so sposobni izvesti čezoceanska potovanja s pomočjo vetra in svilnih jader do razdalje več kot 4000 kilometrov, saj jih najdemo na najbolj odročnih otočjih. Kakšna je sposobnost selitev te vrste pajkov v primerjavi z drugimi organizmi?

Pajki mrežarji jadrajo z vetrom, kot mladi pajkci so tako lahko zelo mobilni. Že Darwin je poročal o potujočih pajkih na nitih sredi oceanov. Pajki mrežarji poseljujejo najodročnejša otočja in jasno je, da so morali tja zajadrati, ti otoki so namreč mladega nastanka. Druge skupine pajkov potujejo na veliko krajše razdalje in le redko zaidejo dlje kot do otokov, ki so nastali blizu celine. Za razumevanje trenutnih in preteklih poselitev organizmov je torej ključno razumevanje disperzijske biologije. V naši študiji smo verjetnost premagovanja razdalje 4000 kilometrov ocenili kot 5-odstotno, ker je redka, a možna. Po drugi strani smo verjetnost preprostega prehoda med dvema stikajočima se celinama ocenili na 95 odstotkov, ker je zelo verjetna, a ne absolutna. Vse verjetnosti za premagovanje razdalj med tema ekstremoma smo ocenili nekje vmes. Eva Turk je izmerila stotine razdalj med kombinacijami celin na vsakih 10 milijonov let. Pri tem je bila ključna nova objava modela kontinentalnega drifta avstralske skupine geologov. Naš pristop je bil nov in pričakujemo, da bo podoben lahko uporabljen v študijah biogeografije katerihkoli organizmov.
 

Največ vrst pajkov zlatih mrežarjev je danes v Afriki, ki pa ni njihovo izvirno območje. Kje so živeli njihovi predniki?

Testirali smo dve hipotezi o izvoru te družine pajkov. Ker je trenutno največ vrst v Afriki, je bila ena hipoteza, ki je rezultati ne podpirajo, tista o afriškem nastanku skupine. V angleščini smo jo poimenovali Out of Africa. Naši rezultati se skoraj popolnoma ujemajo z napovedmi alternativne hipoteze, ki pravi, da je prednik družine poseljeval Avstralazijo. Ta se tudi ujema z najstarejšim znanim fosilom te družine iz Mjanmara. Ugotavljamo, da je fragment, ki je danes del jugovzhodne Azije, pripotoval z juga, morda vse od Avstralije, in se nato zaletel v Azijo. Med dolgim potovanjem je na sebi nosil predniške organizme.
 

Zakaj je razumevanja selitev vrst tako pomembno?

Rekonstrukcija preteklih selitev nam da vpogled v dinamiko evolucije organizmov. Takšno znanje nam lahko pomaga pri napovedovanju vzorcev poselitev tudi v luči potekajočih globalnih sprememb.



Te se dogajajo neverjetno hitro in veliko organizmov se temu tempu ne bo moglo prilagoditi. Izumrli bodo. Biološki modeli lahko napovedo, kako jih bodo nadomestili drugi, bolj mobilni ali bolj prilagodljivi organizmi.
 

Ali za živali tako kot za ljudi velja, da so nekateri osebki bolj dinamični, se raje selijo kot drugi, ki raje tičijo v svojem znanem okolju in se premaknejo šele takrat, ko je njihovo bivalno okolje ogroženo?

To je odlična analogija. Je pa res, da pri pajkih te vzorce vidimo bolj med vrstami, pri ljudeh pa je razlika izražena bolj med osebki ene vrste.