Archipelag Galapagos, grupa wysp należących do Ekwadoru, oddalonych o ok. 1000 km na zachód od kontynentu Ameryki Południowej. Galapagos stało się sławne dzięki obserwacjom, jakich dokonał tam Karol Darwin w pierwszej połowie XIX wieku, podczas podróży na statku Beagle. Uważa się, że obserwacje zięby darwinowskiej (Darwin finch ) stały się podstawą do ogłoszonej nieco później teorii ewolucji. Ponieważ ważnym czynnikiem warunkującym ewolucję gatunków z tego rodzaju była izolacja geograficzna na poszczególnych wyspach wchodzących w skład archipelagu, często, także obecnie, stawiane jest pytanie na temat znaczenia izolacji jako czynnika warunkującego specjację gatunków.

O ile flora i fauna zasiedlające Galapagos dostarczają licznych przykładów na istnienie zjawiska endemizmu, o tyle wiedza na temat biogeografii mikroorganizmów jest uboga. Stąd nasz pomysł, aby hipotezę o wpływie izolacji geograficznej na mikroorganizmy przetestować na okrzemkach (Bacillariophyta ). Okrzemki są jednokomórkowymi organizmami fotoautotroficznymi, które, jak się szacuje, wytwarzają około 25 proc. tlenu oraz ogólnej produkcji pierwotnej na Ziemi. Tradycyjnie uważa się, że małe rozmiary komórek tej grupy organizmów w połączeniu z wysokim tempem reprodukcji powinny warunkować ich globalne rozprzestrzenienie. Natomiast czynniki historyczne, takie jak np. izolacja geograficzna, nie powinny odgrywać istotnej roli. Jeśli tak jest rzeczywiście, to zjawisko endemizmu związanego z izolacją geograficzną nie powinno istnieć, zaś opisywane obecnie gatunki, nowe dla nauki, są rzadkimi taksonami występującymi w miejscach geograficznie izolowanych i należy je traktować jako formy przystosowane do określonej niszy ekologicznej. Hipoteza ta, promowana przez Finlaya i współautorów (np. Finlay i in. 2002), budziła i nadal wzbudza ostre polemiki i w uproszczeniu określana jest jako „wszystko występuje wszędzie”. Wyniki ostatnich badań prowadzonych w odniesieniu do okrzemek wskazują, że izolacja biogeograficzna może wystąpić, dlatego możliwy jest endemizm okrzemek w geograficznie izolowanych miejscach.

Archiwum geologiczne

Nasze wcześniejsze badania na Galapagos, przeprowadzone w ramach projektu Colonización Humana y Cambios Medioambientales en las islas Galápagos, Islas Remotas del Océano Pacifico Este , zaowocowały opisem 10 nowych dla nauki gatunków okrzemek z rodzaju Navicula . Wszystkie one występowały w osadach, które powstały w okresie ostatnich kilku tysięcy lat (Seddon i in. 2011). Czy jest zatem możliwe, aby gatunki te wyewoluowały w wyniku specjacji allopatrycznej? Wydaje się, że nasza wiedza na temat filogenezy okrzemek na Galapagos jest zbyt nikła, aby twierdząco odpowiedzieć na tak postawione pytanie. Doświadczenia badawcze z Galapagos pozwoliły nam na wyrażenie przekonania, że wiedza na temat składu gatunkowego zespołów okrzemkowych powinna być pierwszym krokiem w badaniach archipelagu, słynnego skądinąd z wysokiego stopnia endemizmu i stopnia izolacji biogeograficznej organizmów lądowych. Stąd w tytule projektu przedstawionego Royal Geographical Society w Londynie postawiliśmy pytanie, czy także izolowanego dla jednokomórkowych organizmów fotoautotroficznych, jakimi są okrzemki?

Szczęśliwie dla nas projekt ten został zaakceptowany i w lipcu 2012 roku ekipa naukowa kierowana przez dr. Alistaira Seddona uczestniczyła w ekspedycji na Galapagos. Obok dr. Seddona, uczestnikami wyprawy byli Catherine Downy oraz profesor Andrzej Witkowski. Obok projektu finansowanego przez Royal Geographical Society, zatytułowanego Local endemics or rare ecological specialists? Are the Galápagos Islands isolated for diatoms? , koszty ekspedycji były pokrywane z projektu finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Ten ostatni projekt nosi tytuł Taksonomia i biogeografia morskich okrzemek bentosowych: czy rzeczywiście wszystko występuje wszędzie? Próba określenia możliwych mechanizmów dyspersji . Ekspedycja trwała miesiąc. W jej trakcie uczestnicy odwiedzili trzy wyspy: Santa Cruz, San Cristobal oraz Isabela. W trakcie pobytu na tych wyspach pobierano materiał do badań okrzemek z różnych lokalizacji. Szczególnie ważne były laguny ze strefy brzegowej wymienionych wysp. Największą z nich była Laguna Diablas z wyspy Izabela. Laguna Diablas jako jedyna wypełniona jest kilkumetrowej miąższości warstwą osadów, których wiek datowany jest na środkowy i późny holocen. Osady te są niezwykle cennym archiwum geologicznym, w którym zapisane zostały przekształcenia, jakim podlegało środowisko geograficzne strefy litoralnej Galapagos w wyniku zmian klimatycznych w okresie ostatnich kilku tysięcy lat. To zagadnienie było przedmiotem badań przeprowadzonych w rejonie laguny Diablas, a wyniki badań zostały zaprezentowane w kilku publikacjach.

Zakres izolacji

Materiał badawczy zebrany w trakcie ekspedycji opracowywany jest pod kątem składu gatunkowego współczesnej flory okrzemkowej (Bacillariophyta ) zasiedlającej Archipelag Galapagos. Pomimo znaczenia, jakie okrzemki posiadają jako grupa organizmów, dla funkcjonowania wielu ekosystemów na Ziemi, a także roli, jaką odgrywają u podstawy piramidy troficznej, ich bioróżnorodność w tak ważnym miejscu, jakim jest Archipelag Galapagos, jest słabo poznana. Podobnie nadal słabo poznane są czynniki, które warunkują bioróżnorodność zespołów okrzemkowych Galapagos. Z prób pobieranych zarówno z terenów wyżynnych, jak i przybrzeżnych lagun ustanowione zostały hodowle okrzemek. Kilka najbardziej rozprzestrzenionych taksonów zostanie poddanych analizie filogenetycznej. Do badań filogenetycznych zostały wybrane min. Navicula lagunae , Navicula isabelae oraz Nitzschia palea . Oba gatunki z rodzaju Navicula zostały wcześniej opisane przez Seddona i Witkowskiego ze wspomnianej już laguny Diablas.

Nasze badania wpisują się w program (badania bioróżnorodności) Fundacji Karola Darwina (Fundação Charles Darwin) i są zaledwie pierwszym krokiem w badaniach nad procesami ewolucyjnymi i ekologicznymi, które warunkowały bioróżnorodność zespołów okrzemkowych archipelagu Galapagos. Wcześniej Rosa Trobajo wykazała, że badania bioróżnorodności okrzemek w Europie przy użyciu metod molekularnych mają zasadnicze znaczenie dla zrozumienia czynników odpowiedzialnych za ich biogeografię i ewolucję. Ponieważ dotychczas nie prowadzono badań filogenetycznych na zespołach okrzemkowych z Galapagos, proponujemy badania wybranych szczepów okrzemek z Galapagos, aby przeprowadzić ich analizę filogenetyczną. Porównanie obszarów szybko ewoluujących genów u wybranych gatunków pobranych z różnych rejonów trzech spośród licznych wysp archipelagu Galapagos uważamy za początek badań nad zróżnicowaniem genetycznym zespołów okrzemkowych Galapagos. Zastosowanie tej metody umożliwi określenie zakresu izolacji biogeograficznej w obrębie tego archipelagu.

Podsumowując, nasz projekt należy traktować raczej jako spóźnione, wszechstronne badania nad zespołami okrzemkowymi zasiedlającymi archipelag Galapagos o ważnych konsekwencjach dla zrozumienia procesów ewolucyjnych organizmów jednokomórkowych.

Pobór prób

Galapagos jest jednym z tych miejsc we współczesnym świecie, które jako obiekt badań są niezwykłym wyzwaniem dla przyrodnika. Pobór prób na Galapagos to nie tylko duże przedsięwzięcie organizacyjne, to także okazja do zmierzenia się z bardzo trudnymi warunkami terenowymi w postaci zwartej pokrywy roślinnej, palącego słońca oraz silnego falowania w strefie brzegowej. Nawet pobieżne obserwacje uwidaczniają, że w zamieszkanych częściach wysp (Isabela, Santa Cruz, San Cristobal) środowisko naturalne jest mocno przekształcone i zdegradowane. Liczne są przykłady inwazji obcych gatunków roślin i zwierząt. Tym większego znaczenia dla zachowania resztek nienaruszonych siedlisk Galapagos nabierają działające tam instytucje naukowe nawiązujące do roli, jaką dla rozsławienia tego archipelagu miał Karol Darwin. Są to: Stacja Badawcza Karola Darwina (CDRS) oraz Fundacja Karola Darwina (CDF), finansowane przez Rząd Ekwadoru oraz przez Narody Zjednoczone. Natomiast jakakolwiek działalność badawcza na obszarze archipelagu wymaga uprzednio uzyskania zgody Parku Narodowego Galapagos. Materiał pobierany do badań podlega ścisłej kontroli, a w przypadku przewożenia prób pomiędzy wyspami – kwarantannie. Zbiór materiałów spoza listy uwzględnionej w pozwoleniu jest surowo napiętnowany i może stać się przyczyną poważnych kłopotów administracyjnych. Ruch turystyczny z roku na rok zyskuje na znaczeniu i przyczynia się do wyraźnie wyższego poziomu życia na wyspach w porównaniu do kontynentu. Szczęśliwie ruch turystyczny jest bardzo skrupulatnie kontrolowany i turyści odwiedzają jedynie wyznaczone miejsca.

Uzyskanie przez nas zgody na pobór prób w strefie litoralnej oraz na wysoczyznach oznaczało dostęp do miejsc prawdziwie nietkniętych ludzką stopą. W rejon poboru prób pływaliśmy wynajętą dużą łodzią motorową. Z uwagi na brak dużych zwierząt lądowych pokrywa roślinna jest pozbawiona jakichkolwiek ścieżek. Oznacza to, że przejście od miejsca wyjścia na ląd do miejsca poboru prób w lagunie odległej o zaledwie kilkadziesiąt metrów wymaga ogromnego wysiłku. Zaś zielone kolce akacjopodobnych zarośli w kontakcie z ludzką skórą zachowują się jak wykonane ze stali, o czym mogliśmy przekonać się wielokrotnie. Łatwiejszy był pobór prób z lagun usytuowanych na obszarach młodego wulkanizmu. Tereny te pozbawione są jakiejkolwiek szaty roślinnej, z wyjątkiem kaktusów i opuncji, natomiast czarny kolor lawy sprawia, że promienie słońca są tu trudne do zniesienia.

Wielką atrakcją, zarówno na terenach porośniętych, jak i pozbawionych roślinności, są zwierzęta. W strefie brzegowej oceanu są to morskie iguany, pingwiny, lwy morskie czy liczni przedstawiciele awifauny. Zwierzęta nadal ufne i nieprzejawiające oznak strachu na widok człowieka. W głębi lądu nierzadki jest widok ogromnych lądowych żółwi oraz wszędobylskich zięb Darwina.

Z tak niezwykłego miejsca, jakim jest archipelag Galapagos, wraca się z bagażem niezwykłych przeżyć, ale przede wszystkim jednak z niezmiernie interesującym materiałem badawczym.