ECOGEN - Ecosystem change and species persistence over time: a genome-based approach

Vil arter og økosystemer tåle klimaendringene samtidig som menneskelig påvirkning er stor? Dette spørsmålet er spesielt aktuelt i kalde arktiske og alpine områder fordi klimaendringene er - og er forventet å bli - ekstra store der. Med god innsikt i hvordan arter og økosystemer har tålt tidligere klimaendringer og menneskelige påvirkninger vil vi stå bedre rustet til å forstå og forutsi tålegrenser for de endringene som nå skjer. Vi bruker det siste innen genetiske metoder, samt videreutvikler disse, for å avsløre arter og økosystemer gjennom tidene. Innsjøsedimenter representerer et arkiv av arter som har levd i og rundt innsjøen gjennom årtusener. Vi analyserer innsjøsedimenter fra 10 innsjøer i nordlige Fennoskandia, en region med lav befolkningstetthet, og sammenligne med 14 innsjøer fra Alpene, en region der befolkningstettheten har vært høy over mange tusen år. Siden regionene har lignende klima men ulik grad av menneskelig påvirkning, kan vi skille disser to faktorene og også undersøke hvordan de virker sammen. Vår første store publikasjon fra nordlige Fennoskandia viser at diversiteten av planter økte gjennom nesten hele perioden fra isen smeltet, selv i perioder da klimaet var relativt stabilt. Den andre store publikasjonen viser at det tok flere tusen år fra planter kom inn til økosystemet ble stabilt. Flest antall planter kom in i periode 12-10 tusen år siden, men økosystemet var ustabilt frem til for ca åtte tusen år siden. Deretter kom det fortsatt nye arter til våre nordlige økosystem, men disse ser ut til å ha hatt mindre påvirkning på økosystem funksjon og stabilitet. Nå har vi også klart å få brukbare resultater på pattedyr, og reinsdyr var de første som kom for ca 11 100 år siden. Vi har også publisert vår første artikkel fra Alpene, der vi ser ett klart skille i vegetasjonen fra før 6000 år siden, da vegetasjonen hovedsakelig gjenspeilet klimaendringer, til siste 6000 år, da vegetasjonen er sterk påvirket av menneskelig naturbruk. I tillegg har vi analysert innsjø sedimenter fra Polar Ural og Svalbard for å få ett større bilde av vegetasjonsendringer. Utover å besvare spørsmål om arters og økosystemers evne til å tåle endringer, studerer vi risiko for utdøing av arter og stabilitet i økosystem tjenester. Ved å kombinere det vi lærer om fortidens endringer med kunnskap om dagens økosystemer, arealbruk og klimaendringer, vil vi få kunnskap av stor relevans for en bedre forvaltning av våre naturresurser. Vi har nylig publisert ett studie hvordan man i praksis kan bruke disse dataen til å simulere endringer under ulike klima scenarier.

-

There is great concern about the ability of species and ecosystems to resist both direct human impact and climate changes. Especially in cold alpine and arctic regions, the effect of changing climate is expected to be severe. While much knowledge has been gained from modern ecology and palaeoecology, the possibility to test ecological hypothesis using palaeocological data has been limited by the taxonomic resolution of pollen and scarcity of macrofossils. Recent analyses using state-of-the-art ancient DNA methodology do, however, show great promise in overcoming these limitations and open up the possibility to studying more complete species compositions of past ecosystems. In this project we aim to even further increase the information gained from palaeorecords by developing full genome techniques and quantitative DNA methods for plants and key herbivores, for which we already are compiling full genome DNA reference libraries for the Alps and northern Norway. Additionally, for both of these regions we will develop a balanced sampling design of in total 40 lakes along climate gradients and human-land-use contrasts, informed by the latest archaeological and palaeoecological knowledge and current climate variation. We will analyse environmental DNA data from these lake sediments to provide a first comprehensive assessment of how multiple drivers of ecosystem changes interact to drive ecosystem shifts, tipping points and changes in the provisioning of ecosystem services. Using state-of-the-art techniques to model species distribution, we will address key factors thought to cause time lags in species dispersal and extinction. Combining our knowledge gained from the past with data on current climate, land use and ecosystem characteristics, this project will make predictions of future changes and provide key knowledge for management and conservation priorities.