Các "đảo trời" là nơi giấu chìa khóa cứu Trái đất trước biến đổi khí hậu

Ở Water Canyon, New Mexico, có một khu vực nhỏ, dài 40 km, có vùng nhô cao gọi là dãy núi Magdalena, được bao quanh bởi sa mạc. Dãy núi biệt lập có một quần thể thực vật rậm rạp, trong đó có một cụm nhỏ khoảng 20 cây bông gòn. Chúng bị mắc kẹt, như thể đang ở trên một hòn đảo, không thể trốn thoát bằng cách di cư hoặc phát tán phấn hoa băng qua vùng đất thấp khắc nghiệt xung quanh đến bất kỳ khu vực thích hợp xung quanh.

Đây là một trong những địa điểm “đảo trời” nóng nhất và khô nhất mà nhóm của Sarah J. Love là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại khoa Sinh thái học và Sinh học tiến hóa tại Đại học Tennessee, từng nghiên cứu. Đảo trời Magdalena nóng hơn nhiều so với bất kỳ dãy núi lớn nào liền kề và là nơi tuyệt vời để tìm kiếm những đặc điểm thích nghi với khí hậu.

Nhóm đã dành thời gian ở những nơi như thế này trên khắp miền Tây nước Mỹ, tìm kiếm những đặc điểm đã giúp các loài tồn tại qua hơn 15.000 năm nóng lên kể từ kỷ băng hà gần nhất. Họ chú trọng làm việc tại các khu rừng bông gòn ở các dãy núi cao với hy vọng rằng những cây mọc ở địa điểm như vậy sẽ giúp tìm ra chìa khóa chống tác động của biến đổi khí hậu.

Biến đổi khí hậu đang có tác động rất lớn đến hành tinh và thật khó để dự đoán chính xác nó sẽ ảnh hưởng như thế nào đến các hệ sinh thái phức tạp như rừng. Rừng là nơi sinh sống của các cộng đồng vi sinh vật trên lá và trong đất, nấm tương sinh, côn trùng, động vật có vú…; chúng cùng nhau định hình độ phì nhiêu của đất, chất lượng nước và năng suất của các hệ sinh thái. Điều đó lại định hình đến sự phong phú của rừng và có tác động đến an ninh lương thực cũng như nền kinh tế toàn cầu. Các nhà khoa học rất muốn tìm hiểu xem khí hậu thay đổi và nồng độ carbon dioxide tăng lên sẽ ảnh hưởng như thế nào đến các hệ sinh thái và xác định các biến thể gien nào, kiểm soát những đặc điểm nào ở sinh vật nào, có thể giúp truyền lại khả năng phục hồi trước những thay đổi này. Rất khó để tìm ra câu trả lời.

Các nhà nghiên cứu có một số cách để giải quyết các phần của câu hỏi kể trên. Ví dụ, họ có thể nghiên cứu những hạt giống cổ xưa hoặc những cây rất cổ thụ để có được manh mối về cách di truyền liên quan đến sự sinh tồn. Đôi khi họ nghiên cứu xem thực vật hoặc động vật thay đổi khác nhau như thế nào ở các độ cao hoặc vĩ độ khác nhau. Nhưng đây không phải là cách hoàn hảo đối với nghiên cứu biến đổi khí hậu và đòi hỏi rất nhiều công suất. Một cách tiếp cận khác đơn giản hơn là nghiên cứu thực vật trong khu vực được kiểm soát hoặc nhà kính, nơi nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ CO2 có thể thay đổi. Nhưng những nghiên cứu này chỉ mang tính ngắn hạn và thường ở quy mô nhỏ.

Nhóm của Sarah J. Love cho rằng có thể tìm thấy manh mối về sự thay đổi tiến hóa lâu dài do khí hậu thúc đẩy bằng cách so sánh quần thể ở “đảo trời” với các dãy núi gần đó. Với các quần thể sống ở dãy núi, việc chọn lọc tự nhiên tương đối thoải mái, bởi vì các loài có thể di chuyển nhiều hơn và vì khí hậu thường ôn hòa hơn.

Trên khắp miền Tây nước Mỹ, các “đảo trời” chịu nhiệt hơn trung bình 35% và nhận được lượng mưa ít hơn 53% so với các dãy núi liền kề. Kết quả là, các quần thể trên “đảo trời” phải đối mặt với áp lực tiến hóa mạnh mẽ hơn nhằm đối phó với những điều kiện khắc nghiệt.

Đảo trời vốn đã là điểm nóng của sự đa dạng hóa do sự biệt lập của chúng. Ví dụ, ở Indian Western, sự cô lập lâu dài trên các đảo trời đã khiến ​​một loài chim có tên là chim cánh cụt bụng trắng được phân chia thành nhiều loài phân loại. Mặc dù sự phân hóa loài đã bắt đầu gần 5 triệu năm trước nhưng biến đổi khí hậu hiện đại đã đẩy nhanh quá trình đó. Đối với thực vật, một nghiên cứu kéo dài 12 năm ở dãy núi Rocky cho thấy nhiều thực vật trên các đảo trời đã chuyển từ mọc lá lớn sang lá nhỏ hơn và dày đặc hơn, thích nghi tốt hơn với khả năng chịu hạn.

Nhóm đã phát hiện ra rằng cây bông gòn ở các đảo trời phía tây Mỹ tự nhân bản vô tính thường xuyên hơn hơn và tạo ra hệ thống rễ ít phức tạp hơn so với cây bông gòn trên các dãy núi liền kề. Đây là sự thích nghi có thể giúp chúng sinh sản nhanh hơn hoặc ổn định hơn trong điều kiện bị “phong tỏa”. Họ cũng phát hiện ra rằng đất trên đảo trời có thành phần vi khuẩn và nấm độc đáo, khác với thành phần trên các dãy núi gần đó. Một số dữ liệu từ các nghiên cứu về nhà kính cho thấy rằng cộng đồng vi sinh vật trên đảo trời giúp tăng năng suất của cây.

Những nghiên cứu như thế này có thể giúp chúng ta tìm ra những đặc điểm và các biến thể di truyền làm nền tảng giúp quần thể sinh tồn trong điều kiện căng thẳng do biến đổi khí hậu gây ra. Và điều này rất hữu ích cho việc dự đoán điều gì có thể xảy ra với hệ sinh thái của chúng ta. Đó cũng là một cách tuyệt vời để tìm ra những đặc điểm mà con người có thể ứng dụng để đối phó với hoàn cảnh môi trường ngày càng khắc nghiệt. Ví dụ, các công ty đang phát triển hỗn hợp vi khuẩn trong đất để giúp các khu trồng rừng phát triển nhanh hơn và hấp thụ nhiều carbon hơn từ không khí. Đảo trời có thể là một nơi tuyệt vời để tìm thấy những vi khuẩn như vậy.