Un experiment de deu anys sobre la capacitat d’adaptació de ‘Biscutella didyma’ a la sequera (Botànica mediterrània, 35/2020)

Deu anys de recerca és un període certament llarg si atenem a la durada de la majoria de projectes. En aquestes planes hem vist alguna vegada experiments agronòmics de durada oberta, que ja compten amb més d’un parell de dècades. Menys freqüent és trobar-nos amb experiments realitzats sobre espècies silvestres. Però si deu anys és molt de temps per a un experiment ecològic, hem de pensar que és una exhalació en termes evolutius. Fins i tot per a una herba anual, deu anys no són més que un grapadet de generacions (deu, és clar). Tanmateix deu anys en el context actual de canvi climàtic poden ésser un període considerable, i més ho serien si aquest procés s’accelera. Massa poc temps per als sistemes biològics però prou temps per als canvis antropogènics del medi natural. Ara bé, els biòlegs evolutius ens recorden que una pressió selectiva prou forta pot propiciar canvis notables en poques generacions. A més, els fisiòlegs vegetals ens mostren que, a la ràpida evolució de trets heretables sota selecció natural, s’hi pot sumar la plasticitat de la pròpia planta: l’adaptació, en aquests casos, es veu complementada per l’abaptació. Però pot ésser aquesta combinació suficient per al canvi climàtic? És per respondre a aquesta qüestió o delimitar aquesta possibilitat que calen experiments prou prolongats sota condicions naturals. Johannes Metz es doctorà fa deu anys amb una tesi sobre la sensibilitat de les comunitats vegetals de la Mediterrània Oriental a variacions en la precipitació. D’aquesta època data l’experiment en el qual comunitats vegetals comparables eren sotmeses a tres règims de precipitació: el control, un de sobreprecipitació (un 30% més de pluja respecte del control) i un de sequera (un 30% menys de pluja respecte del control). La tesi de Metz fou supervisada conjuntament per la professora Katja Tielbörger (de la Universitat de Tübingen) i pel professor Jaime Kigel (de la Universitat Hebrea de Jerusalem, ara ja emèrit). Des de llavors, Metz va fer el referendariat per accedir a la docència de secundària en biologia i geografia, va fer un treball post-doctoral amb Tielbörger sobre la variació fenotípica i genètica de Biscutella didyma, encara un altre amb el professor Florian Jeltsch a Potsdam, i després d’haver estat professor interí a Potsdam, des de fa dos anys és professor júnior d’Ecologia Vegetal i Conservació de la Natura de la Universitat de Hildesheim. “Biscutella didyma”, una herba brassicàcia, és una de les espècies que es troba en les comunitats experimentals de Tielbörger, i és justament l’espècie diana d’un article de Metz et al. publicat aquesta setmana a la revista Ecology Letters sobre la ràpida evolució a la sequera de les plantes sotmeses a una restricció de precipitacions durant deu anys.

Katja Tielbörger

Manipulacions de pluja i gradients naturals de pluja

Johannes Metz treballa, doncs, ara al Departament d’Ecologia Vegetal i Conservació de la Natura de l’Institut für Biologie und Chemie de la Universität Hildesheim. Manté, de tota manera, els vincles amb el Grup d’Ecologia Vegetal de l’Institut für Evolution und Ökologie de la Eberhald Karls Universität Tübingen. D’aquest Grup han participat en aquesta recerca, a més de Katja Tielbörger, la geoecòloga Laura Bäumler (que es doctorà en el 2016 en el marc d’aquest mateix experiment) i Lorenz Henneberg (que tot just comença).

També han participat en la investigació Christian Lampei (que fa el postdoctorat a l’Institut d’Ecologia del Paisatge de la Universitat de Münster), Hervé Bocherens (professor del Centre Senckenberg d’Evolució Humana i Paleoambient, del Departament de Geociències i Biogeologia de la Universitat de Tübingen), així com Hannes Dittberner i Juliette de Meaux, del Grup d’Ecologia Vegetal Molecular de l’Institut de Botànica de la Universitat de Colònia.

A “Biscutella didyma”, com a altres espècies del seu mateix gènere, li diuen “herba de llunetes” per la morfologia del seu fruit

En aquest treball, Metz et al. combinen els resultats de deu anys de l’experiment esmentat de manipulacions de precipitació en una comunitat vegetal amb espècies de la Mediterrània Oriental, inclosa la crucífera Biscutella didyma, amb dades d’indrets sense aquesta manipulació. Els experiments es fan en dues localitats de l’Estat d’Israel, de manera que en cadascuna d’elles hi ha les tres esmentades condicions de precipitació (control, en escreix del 30% i en reducció del 30%). Les altres localitats estudiades, també a Israel, constitueixen un gradient natural de precipitacions, per bé que sense la regularitat de les dues localitats experimentals.

La resposta adaptativa de Biscutella didyma a la sequera: avançar floració i augmentar la producció de llavors

En les comunitats vegetals sotmeses a una condició experimental de restricció de la precipitació en forma de pluja s’hi registra una evolució en la població de Biscutella didyma. Això es constata en totes dues localitats. Aquesta evolució es manifesta en una fenologia primerenca, és a dir que aquesta planta anual avança la germinació, el creixement vegetatiu, la floració i la fructificació. En la Biscutella didyma sotmesa a sequera s’observa un augment dels recursos que es destinen a la reproducció, en forma de més flors i de més llavors.

Però obeeixen aquests canvis a una veritable evolució adaptativa? O són una mostra de la plasticitat de la planta, és a dir una abaptació a condicions ambientals que canvien sense que per això canviï la composició genètica de la població? És per respondre a aquestes preguntes, que Metz et al. inclouen en el seu estudi dades de Biscutella didyma de localitats naturals amb diferents règims de precipitació, així com a anàlisis de selecció fetes en l’hivernacle. És a dir que l’experiment en condicions naturals és valorat tant en una situació encara més natural com en una situació més experimental (un hivernacle).

Metz et al. pensen que el canvi registrat a B. didyma en l’experiment de deu anys és una resposta adaptativa. De fet, si hom examina els trets fenològics de les poblacions naturals estudiades de B. didyma troba la mateixa relació d’acord amb el gradient natural de precipitació. D’altra banda, en els experiments d’hivernacle, amb una pressió selectiva més forta pel que fa a la disponibilitat d’aigua, hom troba igualment els mateixos desplaçaments fenològics.

Metz et al., doncs, conclouen que aquesta planta és capaç de respondre adaptativament a una reducció de la pluja. Ara bé, també indiquen que dels diferents trets que han estudiat, la majoria no s’han vist modificats. Pel que fa a la plasticitat, cal recordar que també ella és susceptible d’evolució, i que l’evolució de la plasticitat permet una resposta més robusta de la planta a canvis ambientals. Però Metz et al., d’acord amb les dades del seu experiment, no troben gaires indicis que l’evolució de la plasticitat entri en joc en l’adaptació de B. didyma a la sequera persistent.

Possiblement, un canvi sobtat com el de l’experiment necessita força més de deu anys per assolir una adaptació completa de la planta. I si a una planta anual de clima mediterrani li costa d’arribar a una plena adaptació en deu anys, ja podem afigurar-nos quina serà la situació en el cas d’altres membres de les comunitats vegetals.

Lligams:

– Rapid adaptive evolution to drought in a subset of plant traits in a large‐scale climate change experiment. Johannes Metz, Christian Lampei, Laura Bäumler, Hervé Bocherens, Hannes Dittberner, Lorenz Henneberg, Juliette de Meaux, Katja Tielbörger . Ecol. Lett. (2020).