Den kraftige akselerasjonen av oppvarmingen i Arktis forårsaker raske endringer i rekkevidden av planter og dyr i regionens livstre. Forskere sier at disse endringene kan føre til at arter som normalt ikke vil møtes, blander seg, og skaper nye hybridpopulasjoner.

Nå har forskere presentert det første beviset på hybridisering i stor skala som ser ut til å ha vært drevet av klimaendringer. I en papir Publisert denne måneden i tidsskriftet Science Advances rapporterer forskere at en hybridbestand av lundefugler på den avsidesliggende norske øya Bjornoya ser ut til å ha dukket opp på et tidspunkt som faller sammen med begynnelsen av en raskere global oppvarming.

Hybride lundefugler oppsto sannsynligvis fra avl mellom to underarter i løpet av de siste 100 årene, sammenfallende med begynnelsen av oppvarmingen på 1900-tallet, konkluderer studien. Overraskende nok skjedde hybridisering etter at en underart migrerte sørover, ikke mot polen til kjøligere temperaturer, som man kunne ha forventet, et funn som fremhever kompleksiteten som pågår endringene i det arktiske økosystemet.

Ytterligere analyser viser også et betydelig tap av genetisk mangfold i populasjonene som er studert, en alarmerende utvikling for den fremtidige helsen til arktiske lundefugler, skriver forskerne.

«Tidspunktet for hybridisering sammen med genomisk erosjon gir overbevisende bevis på at de siste årene har hatt en dramatisk innvirkning på arktiske samfunn,» sa Oliver Kersten, hovedforfatter av artikkelen og postdoktor i genomikk og økologi. ved Universitetet i Oslo. Resultatene fremhever også viktigheten av å analysere moderne og historiske DNA-data, la han til.

Lundefugler, kjærlig kjent som «havets klovner», er særegne sjøfugler kjent for sine svarte og hvite fjær og livlige flerfargede nebb. De lever og hekker i Nord-Atlanteren og ishavet. Globalt regnes fuglen som «sårbar» for utryddelse, men i Europa har den vært klassifisert som fullstendig truet siden 2015.

Situasjonen for lundefuglbestander rundt om i verden er kompleks. Noen fuglekolonier har det relativt bra; andre er i fritt fall fordi praktisk talt ingen unger eller lundefugler overlever til voksen alder. Rost, en av tre norske øyer hvis bestander ble undersøkt i studien, var en gang verdens største hekkekoloni, med 2,8 millioner voksne lundefugler. Den har mistet 80 prosent av hekkeparene sine de siste fire tiårene, rapporterer forskere.

«For tjue år siden, da du var på Rost og så på himmelen, var alt dekket av lundefugler,» sa Kersten. «Det må ha vært denne virkelig, virkelig ekstremt fascinerende siden.»

I dag er den lokale lundefuglbestanden anslått til bare 208 500 individer. «Du kan tydelig se en forskjell,» sa forskeren.

Innenfor lundefuglarten er det tre offisielt definerte underarter som stort sett er like, men varierer noe i størrelse så vel som genetisk sammensetning. Genetiske forskjeller antas å ha oppstått etter at arter delte seg på grunn av miljøfaktorer, sannsynligvis isbreer over årtusener.

Kersten var også hovedforfatter av en 2021 papir det var den første som undersøkte et komplett sett med lundefugl-genom. Ved å analysere data fra forskjellige populasjoner la forskere merke til hybridpopulasjonen til Bjornoya.

Studien publisert denne måneden fokuserte på tre hekkekolonier for lundefugl. Den største underarten i fysisk størrelse hekker på øya Spitsbergen og den mellomstore underarten på Rost. Bjornoya, med sin hybridpopulasjon, ligger mellom Rost og Spitsbergen. Ved å undersøke DNA-sekvensene til lundefuglene i hybridpopulasjonen, visste forskerne hvilke deler som kom fra hvilken av de to andre underartene.

Lengden på DNA-sekvensene i hybridgenomene var relativt lang, noe som indikerer at hybridiseringen skjedde relativt nylig. (For hver generasjon født etter en første kryssing, blir sekvensene kortere.) Som et resultat anslo forskerne at hybridiseringen skjedde for mellom 82 og 295 år siden.

Når man vurderer evolusjonshistorien til en art, anses det som bemerkelsesverdig å ankomme til et slikt spesifikt datointervall. Men forskerne ønsket å begrense vinduet ytterligere når den første hybridiseringen skjedde, så de henvendte seg til museumsprøver for å få mer informasjon om DNA.

Kersten gjennomsøkte databaser etter prøver i museer over hele Europa og Nord-Amerika på jakt etter bevarte lundefugler fra bestemte kolonier samlet inn til bestemte tider. Han og kollegene fant prøvene de lette etter på Natural History Museum i Stockholm og American Museum of Natural History i New York.

For å få prøvene fra disse museene sa Kersten: «Jeg sendte dem en e-post og krysset fingrene for at de ville bli like begeistret som meg, og det var de. » han sa.

Det viste seg at ingen av de historiske lundefugleksemplarene samlet på Bjornoya var hybrider, i motsetning til befolkningen som for tiden bor der. De tilhørte den samme mellomstore underarten som finnes i Rost i dag. Siden museumsprøvene varierte mellom 1868 og 1910, må den første hybridiseringen ha skjedd etter 1910, konkluderte studieforfatterne.

Gjennom sin DNA-analyse antar forskere nå at for rundt 100 år siden førte et søroverskifte i rekkevidden til den nordligste øya Spitsbergen til opprettelsen av hybridkolonien Bjornoya.

På jakt etter en forklaring vurderte forskerne muligheten for at Spitsbergens befolkning hadde vokst til det punktet at det ikke lenger var nok plass til alle fuglene i kolonien. Men da de brukte genetiske data for å estimere populasjonsstørrelsen de siste 100 årene, oppdaget de ikke på noe tidspunkt bevis på en merkbar økning.

Forskerne så deretter på klimadata fra perioden da de to underartene sannsynligvis paret seg, og dette falt sammen med starten av arktisk oppvarming på 1900-tallet, da havoverflatetemperaturen steg med opptil 1,5 grader Celsius, og skapte kaos i hele Arktis. matforsyning. nettet.

Tidligere studier tyder på at endringer i plankton- og fiskebestander rundt begynnelsen av 1900-tallet sannsynligvis påvirket sjøfuglene. Rundt 1920, for eksempel, flyttet en sildtype som er en viktig næringskilde for lundefugler i sesongen når de oppdrar ungene sine østover, vekk fra koloniene som er undersøkt i denne artikkelen.

Spitsbergens bevegelse sørover mot Bjornoya er i konflikt med det forskerne generelt antar om klimaindusert migrasjon i Arktis. Når temperaturen stiger, forventer de at dyr drar nordover på jakt etter noe som ligner på deres vanlige habitat.

For Spitsbergen lunde var det imidlertid ingen nevneverdig landmasse lenger nord som de kunne flytte til. Bjornoya er den første levedyktige sørover øya for disse fuglene, «så det er fornuftig at vi kan finne hybridene der, og ikke andre steder,» sa Kersten.

Don Lyons, direktør for bevaringsvitenskap ved National Audubon Society’s Seabird Institute, som ikke var involvert i studien, sa at vandringen av Spitsbergen lundefugl sørover fra deres tradisjonelle område virker «motintuitiv».

«Men i sammenheng med hvor raskt havet vårt endrer seg, forstår vi ikke nødvendigvis de utallige måtene dette skjer på,» sa Lyons. «Kanskje vi ikke bør anta at arter alltid vil bevege seg mot polene.»

Etter det forskerne kjenner til er det uvanlig at en arktisk art gjennomgår hybridisering i populasjonsskala. Selv om isbjørn-grizzlybjørn-hybrider har fanget publikums oppmerksomhet, forskning viste at de få «pizzlybjørnene» som eksisterer ble født fra en enkelt hunnisbjørn som paret seg med to grizzlybjørner.

I 1990 antok forskere at en merkelig hvalhodeskalle oppdaget vest for Grønland var en hybrid av en hvithval og narhval. Genetisk analyse de bekreftet senere sin teori. Det er noen få andre dokumenterte tilfeller av hybrider som oppstår fra parring av distinkte arktiske arter. Men foreløpig ser i det minste Bjornoyas lundefugler ut til å være unike: en hel populasjon av hybrider som nylig ble avlet opp av to underarter etter at den ene vandret sørover.

«Det er aldri populasjonsdekkende hybridisering,» sa Kersten. «Og det er egentlig aldri et tidsstempel som er så nøyaktig eller så presist som det vi har.»

Konsekvensene av hybridisering er komplekse. I noen tilfeller kan en økning i genetisk mangfold hjelpe en art til å tilpasse seg nye miljøutfordringer. I andre har det motsatt effekt, og svekker den generelle kondisjonen til en befolkning.

Foreløpig er det business as usual for Bjornoyas lundefugler. «De avler, de har det bra,» sa Kersten. «Så vi ser egentlig ikke ulempene. Denne hybridiseringen er ikke av stor bekymring for bevaring for tiden.

For ham er det viktigste bevaringsproblemet tapet av genetisk mangfold av lundefugler. Ved å analysere de historiske og samtidige prøvene fant forskerne at populasjonene på Spitsbergen og Rost hadde opplevd en betydelig nedgang i deres DNA-variasjon i løpet av de siste 100 årene.

Selv Bjornoya-hybridkohorten, som er et resultat av blandingen av to genetisk distinkte populasjoner, lider av denne reduksjonen i mangfold.

Frykten er at nedgangen kan gjøre disse lundefuglbestandene svært sårbare. For å takle klimaendringer og andre påvirkninger av menneskelige aktiviteter, bemerket Lyons, vil et stort nettverk av dyreliv måtte tilpasse seg skiftende miljøer – og tap av genetisk mangfold betyr at organismer vil ha mye mindre evne til å tilpasse seg.