Plantenbescherming in een veranderende wereld: modelleren van verspreidingsdynamieken, klimaatadaptatie, en effecten van habitatfragmentatie

Klimaatverandering kan de fysieke en biologische parameters van bestaande habitat veranderen, waardoor de omgevingsvariabelen verschuiven buiten de niche waarvoor inheemse plantensoorten zijn aangepast. Deze veranderingen dwingen plantensoorten om zich aan te passen aan nieuwe omstandigheden of te migreren naar gebieden waar de omstandigheden nog geschikt zijn. Tegelijkertijd vermindert habitatfragmentatie de hoeveelheid geschikt leefgebied en belemmert het plantmigraties, wat kan leiden tot een afname van de genetische diversiteit binnen geisoleerde populaties. Deze stressoren kunnen interactief elkaar versterken waardoor de kwetsbaarheden van plantensoorten toenemen. Het versnelde tempo van klimaatverandering overschrijdt vaak zowel het vermogen van plantensoorten om zich aan te passen of te migreren, waardoor ze kwetsbaar worden voor (lokale) extincties.

In een snel veranderende wereld is effectieve plantenbescherming afhankelijk van een diepgaand inzicht in hoe soorten interacteren, zich aanpassen en overleven binnen hun habitat. Om plantensoorten te beschermen die te maken krijgen met gelijktijdige omgevingsstressoren, is er een dringende behoefte aan geintegreerde instrumenten die hun eco-evolutionaire reacties op klimaataanpassing en habitatfragmentatie nauwkeurig kunnen voorspellen. Door een interdisciplinaire aanpak te gebruiken die soortverspreidingsmodellering, conservatiegenomica en experimentele ecologie omvat, heeft deze studie complementaire modellen ontwikkeld die dienen als een cruciale basis voor het toepassen van dynamische en veerkrachtige conservatiestrategieen.

Voor het ontwikkelen van deze geintegreerde conservatie-instrumenten die de effectieve implementatie van proactieve mitigatiestrategieen mogelijk maken, werd Primula elatior gekozen als een representatieve modelsoort voor planten die een hoge getrouwheidsraad hebben voor specifieke habitats-omstandigheden, en gevoelig zijn voor klimaatverandering en habitatfragmentatie. De geografische verspreiding van de soort langs de Atlantische Biogeografische Regio stelt ons in staat om lokale aanpassing langs een klimaat-gradient te evalueren. De soort is vooral gevoelig voor droogte, wat nuttig is om adaptieve responsen aan klimaatverandering in specifieke planteigenschappen te evalueren. Bovendien heeft P. elatior een voortplantingssysteem dat gekenmerkt wordt door herkogamie, waarbij de stamper en stuifmeeldraden op verschillende hoogtes zijn gepositioneerd, en biochemische zelfincompatibiliteit, wat zelfbestuiving voorkomt. Dit maakt de soort een uitstekende kandidaat voor het bestuderen van de invloed van eco-evolutionaire effecten van verstoorde plant-pollinator netwerken in gefragmenteerde landschappen.

Als eerste stap ontwikkelden we een gedetailleerd soortverspreidingsmodel dat gebruikmaakte van landschaps- en klimatologische variabelen, om de habitatgeschiktheid voor P. elatior over zijn volledige verspreidingsgebied in kaart te brengen. Vervolgens werd een genetisch geoptimaliseerd dispersiemodel ontwikkeld om spatio-temporele dispersiepatronen tussen habitatfragmenten te simuleren. Ten slotte werd in onze zoektocht naar het evalueren van langetermijn-dynamieken op landschapsschaal een index berekend om de stabiliteit van meta-populaties te voorspellen. Door spatio-temporele patronen in plantkolonisatie en de stabiliteit van meta-populaties te simuleren, konden we habitat specifieke conservatie- en mitigatiestrategieen voor ecologische restauratie identificeren. Verder maakte de integratie van genetisch geoptimaliseerde dispersiemodellen met de nieuwste landschaps-genomica het mogelijk om klimaatgevoeligheid te voorspellen, een cruciale parameter die zowel genomische offset als adaptief potentieel omvat.

De gecombineerde invloed van klimaatverandering en habitatfragmentatie bedreigt zowel het bereik waarin P. elatior zich kan verspreiden als de langetermijnoverleving van zijn meta-populaties. De soort kent dus aanzienlijke beperkingen in zijn capaciteit om zich op natuurlijke wijze naar nieuwe, gunstige habitats te verplaatsen, wat een ernstige impact heeft op de levensvatbaarheid op lange termijn. Bovendien waarschuwen onze genoomanalyses tegen het uitsluitend vertrouwen op begeleide migratie, met name uit zuidelijke bronpopulaties. Deze populaties vertonen een lage aanpassingscapaciteit en er is een risico op het introduceren van maladaptieve eigenschappen. Deze elkaar versterkende uitdagingen belemmeren niet alleen de natuurlijke verspreiding, maar verminderen ook het evolutionaire vermogen van de soort om zich aan te passen aan snel veranderende klimaatomstandigheden. Verder verstoort habitatfragmentatie de gevestigde klimaatgradienten van verschillende planteneigenschappen, vermindert het de tolerantie voor droogte en verstoort het gevestigde voortplantingssystemen, zoals blijkt uit het gecontroleerd serre-experiment en veldmetingen van herkogamie. Deze eco-evolutionaire gevolgen benadrukken de noodzaak voor geintegreerde benaderingen voor conservatie die regionaal zijn afgestemd, inclusief ecologisch herstel, zorgvuldig geplande begeleide migraties en continue monitoring van genetische diversiteit en adaptatiepotentieel. Door deze veelzijdige uitdagingen te begrijpen en aan te pakken, kunnen we effectievere oplossingen bieden voor het behoud en het herstel van bedreigde plantenpopulaties.