Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Belçika'nın Ieper kentinde sıcak bir yaz sabahı 66 yaşındaki Sylvain Cuvelier, 14 yaşındaki torunuyla birlikte çiçek açan bahçesine giriyor ve çırpınan kelebekleri tanımlayıp saymayı umuyor. Diğer günler, kelebek örneklerini ağla toplayarak bilim insanlarına yardım ediyor. Daha sonra GPS kullanarak her bir kelebeğin yerini kaydediyor, Excel veritabanına kaydediyor ve bazen örnekleri, böceklerin vücutlarına yapışan polen tanelerini analiz edecek olan akademik meslektaşlarına gönderiyor.

Cuvelier gibi vatandaş bilim insanları tarafından toplanan bu küçük polen taneleri, araştırmacıların şimdiye kadar büyük ölçüde anlaşılmaz olan bir süreci incelemelerine yardımcı oluyor: böceklerin birden fazla nesil boyunca dünya çapında hareket ederken göç modelleri.

Bilim insanları polenleri kullanarak kelebeklerin yolculuklarına nereden başladıklarını belirleyebiliyor ve hatta göçlerini tetikleyen olayları çıkarabiliyorlar. Bu bilgi, korumacıların iklim değişikliğinin bazı etkilerini daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir - sadece böceklerin kendileri üzerinde değil, aynı zamanda göçleri ve yaşadıkları ekosistemler üzerinde de.

A lot of insects spend their whole lives in one place. Many others migrate, like many birds do, to avoid harsh weather, to find food or to breed. Some estimates suggest that trillions of insects migrate across the globe each year, yet scientists know little about where they go or how they get there.

Tracking insect migration is not as straightforward as tracking birds or mammals. With birds, “you can attach a ring to the leg or use radio tracking, and it’s easy to prove that they move from point A to B,” says Tomasz Suchan, a molecular ecologist at the Polish Academy of Sciences in Krakow. But most insects are too small for these techniques to be successful.

In North America, researchers have had some success tracking monarch butterflies, known for their remarkable migration from southern Canada and the northern United States to central Mexico. In the early 1990s, the Monarch Watch citizen science initiative began tagging butterflies around the Rocky Mountains. Over 2 million monarchs have been tagged, with more than 19,000 recoveries reported in Mexico where monarchs congregate to roost for the winter. This has helped biologists to track their migration routes.

Butterflies without such well-defined aggregations are more difficult to track, however. For example, painted lady butterflies often appear in Europe in the fall, sometimes in great abundance. “Then they disappear, and we don’t really know where they go,” says Gerard Talavera, an entomologist at the Institut Botànic de Barcelona.

Some years back, Talavera and his team realized they might be able to track the butterflies indirectly, by studying the pollen that accumulates on their bodies. Every time a butterfly visits a flower for a sip of nectar, it also picks up grains of pollen. If the researchers could identify plants from their pollen, confirm where and when the plants were blooming, and keep tracing them as the butterflies reached different geographic regions, perhaps they could trace the butterflies’ overall journey. “The method is like we put a GPS on them,” Talavera says. “Because we cannot do that, this is the closest we can go.”

Pollen migratory maps

The scientists were able to test the idea in 2019, when painted ladies experienced one of their sporadic population booms. In March of that year, as swarms of the butterflies appeared in the Middle East and the Mediterranean, the citizen scientists netted butterfly samples, then preserved them in an alcohol mixture and shipped them to Talavera’s lab.

Araştırmacılar burada kelebeklerin vücutlarına yapışan polen tanelerini izole etti ve metabarkodlama olarak bilinen bir süreçle her bitki türü için benzersiz bir imza sunan polen DNA'sının belirli bir bölümünü sıraladı. Tüm bunlar olurken, vatandaş bilim insanları kelebek örnekleri toplamaya devam etti ve nüfus artışı sonraki aylarda kademeli olarak doğu, kuzey ve batı Avrupa'ya yayılarak Kasım ayı başlarında güney Fas'a ulaştı.

Yedi ay içinde 10 farklı ülkeden 264 kelebekten toplanan polenleri analiz eden araştırmacılar, kelebeklerin yıl boyunca geriye doğru hareketlerini izlemek için kullanabilecekleri 398 farklı bitki belirlediler. Buradan yola çıkarak Rusya, İskandinavya ve Baltık ülkelerinde gözlemlenen kelebek sürülerinin muhtemelen Arabistan ve Orta Doğu'daki dalgalanmadan kaynaklanan kelebeklerin yavruları olduğunu buldular. Bu durum önce Doğu Avrupa'ya, ardından İskandinavya'ya ve daha sonra da Batı Avrupa'ya yayılarak Birleşik Krallık, Fransa ve İspanya'da gözle görülür bir nüfus patlamasına yol açmış gibi görünüyor. Kelebekler buradan güney Fas'a göç etmiş ve muhtemelen yıllık döngülerini tamamlamak için tropikal Afrika'ya devam etmiş olabilirler.

Polen kayıtları, boyalı leydilerin 2019'da aniden bu kadar bol olmasının bir nedenini bile ortaya koydu. Doğu Akdeniz'den toplanan kelebekler, nüfus artışının hemen başında, öncelikle kuzey Arabistan ve Orta Doğu'daki yarı kurak çalılıklarda, otlaklarda ve tuzlu bataklıklarda bulunan bitki türlerinden polen taşıyordu. Uydu görüntülerini inceleyen araştırmacılar, Aralık 2018'den Nisan 2019'a kadar, bu bitkilerin alışılmadık derecede yoğun bir yağış döneminin ardından büyümede büyük artışlar yaşadığını fark etti. Araştırmacılara göre bu büyüme patlaması, kelebeklerin beslenmesi ve üremesi için ideal koşulları sağlayarak nüfus patlamasını başlatmış ve birçok nesli etkileyen bir dalgalanma etkisi bırakmış olabilir.

Talavera ve ekibi polen imzalarını diğer kelebek hareketlerini izlemek için de kullandı. Örneğin 2013 yılında, boyalı leydi kelebekleri Güney Amerika kıyılarında, Fransız Guyanası'nda dinlenirken bulunmuştu. Boyalı leydiler normalde Güney Amerika'da yaşamazlar ve nereden geldikleri bir muammaydı. On yıl sonra, Talavera'nın ekibi hala korunmuş kelebek gövdelerinden polen örnekleri aldı ve sadece Sahra altı Afrika'da bulunan yaygın bir bitki olan Guiera senegalensis'in bu kelebeklere bağlı en yaygın polen türü olduğunu buldu.

Kıyı araştırmalarını, rüzgar modellerini, polenleri ve çevresel koşulları analiz ederek, kelebeklerin Atlantik'i muhtemelen Afrika'dan sekiz günlük kesintisiz uçuşla geçtiklerini doğruladılar. Bu bulgu, Atlantik'i geçen bir böceğin doğrulanmış ilk örneği oldu.

Texas A&M Üniversitesi'nde biyolog olan ve Annual Review of Entomology'de kelebek göçünün nörobiyolojisi üzerine bir makalenin ortak yazarı Christine Merlin, “Her bir kelebek neslinin nereden geldiğini ve döngü boyunca nasıl ilerlediğini izlemek için polen metabarkodlamasının kullanılması son derece yeni” diyor. Bitki türlerini tek tek tanımladığı için bu yöntemin, böceklerin kimyasal yapısındaki bölgesel farklılıkları izleyen standart yöntem olan izotop imza analizinden daha fazla hassasiyet vaat ettiğini belirtiyor.

Boyalı leydiler böcek göçünü anlamak için bir model sistem olarak hizmet ederken, araştırmacılar bu yöntemin diğer kelebekler, syrphid sinekleri, eşek arıları, böcekler ve güveler de dahil olmak üzere nektar toplamak için çiçekleri aktif olarak ziyaret eden diğer göç eden tozlayıcıları izlemek için uygun olabileceğinden emin olduklarını söylüyorlar.

Böceklerin göç yollarının izlenmesi, değişen iklim karşısında giderek artan bir öneme sahip olabilir, çünkü bu tür böcekler polene ek olarak mantar hastalıkları da taşıyabilir. Nitekim Suchan bazı kelebeklerde çok sayıda mantar türü tespit etmiştir. Yaklaşık 1.000 mantarın böcekleri etkilediği ve 19.000'den fazlasının da ekinleri etkileyebileceği bilinmektedir. Dolayısıyla, göç eden böcekler potansiyel olarak bu mantar hastalıklarını kıtalar arasında yayarak ekosistemler ve ekonomiler için risk oluşturabilir. Talavera, Suchan ve meslektaşları, değişen göç modellerini haritalamak için polen imzalarını kullanmanın, mantar hastalığı salgınlarının nerede meydana gelebileceğini tahmin etmeye yardımcı olabileceğini umuyor.

Cuvelier ise torunuyla birlikte kelebek saymaya devam etmeyi umuyor. Ekolojistlerin büyük ölçekli olayları anlamak için giderek daha fazla “büyük veriye” ihtiyaç duyacağını söylüyor. Vatandaş bilim insanları olmadan, “araştırmacıların bu tür veri tabanlarını toplaması imkansız” diyor.

Ayrıca, gençlerin vatandaş biliminden öğrenecekleri kelebek yakalamaktan çok daha fazlası olduğunu da ekliyor. “Doğa hakkında bilgi ediniyorlar” diyor ve ekliyor: ”Bu da dünyaya olan merakı artırıyor.”

Kaynak: https://www.popsci.com/environment/the-secrets-of-butterfly-migration-written-in-pollen/