Załącznik nr 2 Michał Ronikier Instytut Botaniki Polskiej Akademii Nauk Pracownia Analiz Molekularnych AUTOREFERAT Kraków, styczeń 2014 r.
I. Dane osobowe 1. Imię i Nazwisko: Michał Ronikier 2. Posiadane tytuły zawodowe i stopnie naukowe: a) Magister biologii (1998) Uniwersytet Jagielloński, Wydział Biologii i Nauk o Ziemi Praca magisterska pt. Mikoryza Polygonum viviparum L. w Tatrach, wykonana pod kierunkiem prof. dr hab. Katarzyny Turnau w Pracowni Mikologii Instytutu Botaniki UJ. b) Doktor nauk biologicznych w zakresie biologii (2005) Polska Akademia Nauk, Instytut Botaniki im. W. Szafera w Krakowie Praca doktorska pt. Genetic diversity and phylogeography of Pulsatilla vernalis (L.) Mill. (Ranunculaceae), wykonana pod kierunkiem prof. dra hab. Zbigniewa Mirka w Zakładzie Systematyki Roślin Naczyniowych Instytutu Botaniki PAN 3. Informacje o zatrudnieniu: a) od 1.06.2000 r. do 30.11.2005 r.: asystent, Instytut Botaniki im. W. Szafera PAN b) od 1.12.2005 r. do chwili obecnej: adiunkt, Instytut Botaniki im. W. Szafera PAN (od 2011 r. kierownik Pracowni Analiz Molekularnych IB PAN) 2
II. Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.) Cykl pięciu publikacji oryginalnych na temat: Wysokogórska flora Karpat, Alp i gór Półwyspu Bałkańskiego: historia i dynamika zasięgów w świetle badań struktury genetycznej współczesnych populacji 1. Ronikier M., Cieślak E., Korbecka G. 2008. High genetic differentiation in the alpine plant Campanula alpina Jacq. (Campanulaceae): evidence for glacial survival in several Carpathian regions and long isolation between the Carpathians and the Alps. Molecular Ecology 17: 1763 1775. [IF 5-letni = 6,792; liczba cytowań wg Web of Science = 56] 2. Ronikier M., Szeląg Z. 2008. Differentiation among disjunct populations of agamospermous species of Hieracium sect. Cernua (Asteraceae) in Central European subalpine habitats. Botanical Journal of the Linnean Society 158: 93 105. [IF 5-letni = 2,161; liczba cytowań wg Web of Science = 13] 3. Ronikier M. 2011. Biogeography of high mountain plants in the Carpathians: an emerging phylogeographical perspective. Taxon 60: 373 389. [IF 5-letni = 2,711; liczba cytowań wg Web of Science = 15] 4. Ronikier M., Schneeweiss G.M., Schönswetter P. 2012. The extreme disjunction between Beringia and Europe in Ranunculus glacialis s. l. (Ranunculaceae) does not coincide with the deepest genetic split a story of the importance of temperate mountain ranges in arctic-alpine phylogeography. Molecular Ecology 21: 5561 5578. [IF 5-letni = 6,792; liczba cytowań wg Web of Science = 2] 5. Ronikier M., Zalewska-Gałosz J. 2014. Independent evolutionary history between the Balkan ranges and more northerly mountains in Campanula alpina s.l. (Campanulaceae): genetic divergence and morphological segregation of taxa. Taxon 63: w druku (http://dx.doi.org/10.12705/631.4). [IF 5-letni = 2,711; liczba cytowań wg Web of Science = 0] Sumaryczny IF 5-letni dla przedstawionego osiągnięcia: 21,167 Sumaryczna liczba cytowań wg WoS dla przedstawionego osiągnięcia (na 31.01.2014): 86 3
III. Omówienie celu naukowego pracy i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania. Procesy kształtujące regionalne i ogólne rozmieszczenie organizmów, dynamika zmian zasięgów w czasie i przestrzeni oraz różnicowanie się jednostek ewolucyjnych należą do zagadnień fascynujących przyrodników od początku rozwoju współcześnie rozumianych dziedzin biogeografii i biologii ewolucyjnej. Rozwój metod analiz genetycznych, w tym w szczególności badań zmienności DNA, oraz wzrost ich dostępności dla badań naturalnych populacji gatunków dzikich, był jednym z kluczowych czynników które otworzyły w latach osiemdziesiątych XX wieku nowy etap w badaniach biogeograficznych. Analiza współczesnej wewnątrzgatunkowej zmienności genetycznej w kontekście czasu i przestrzeni geograficznej okrzepła wręcz jako odrębna dziedzina badawcza określona mianem filogeografii (ang. phylogeography; Avise J.C. 2000, Phylogeography. The history and formation of species. Harvard Univ. Press). Badania molekularne, jakkolwiek obarczone często trudnościami w analizie i niepewnością w interpretacji, pozwalają na uzyskanie bardzo wartościowych danych oraz testowanie hipotez stawianych już w XIX w. a niemożliwych wcześniej do weryfikacji wskutek braku odpowiednich metod. Dynamiczny wciąż rozwój narzędzi badawczych pozwala z jednej strony na eksplorację coraz bardziej kompleksowych danych genetycznych (w tym danych uzyskiwanych przy zastosowaniu technik tzw. sekwencjonowania DNA nowej generacji), z drugiej natomiast na wykorzystanie coraz lepiej zdefiniowanego i jednoznacznego aparatu analizy statystycznej. Do zagadnień, które odnotowały bardzo znaczący rozwój dzięki wprowadzeniu metod filogeografii należy biogeografia bioty siedlisk wysokogórskich oraz arktycznych na półkuli północnej. Dla tych grup ekologiczno-ewolucyjnych skąpe są zazwyczaj dane paleobotaniczne, w szczególności te, które dostarczają informacji o występowaniu konkretnych gatunków i tym samym potwierdzają ich obecność in situ w okresach geologicznych starszych niż schyłek ostatniego zlodowacenia. Intensywne badania filogeograficzne prowadzone były przede wszystkim w Alpach oraz w cyrkumpolarnej strefie arktycznej i subarktycznej. Doprowadziło to m.in. do weryfikacji hipotez dotyczących glacjalnej historii flory wysokogórskiej Alp, lokalizacji najważniejszych obszarów refugialnych i czynników wpływających na kształtowanie polodowcowej rekolonizacji tych gór (Schönswetter et al. 2005, Mol. Ecol. 14: 3547 3555; Alvarez et al. 2009, Ecol. Lett. 12: 632 640; Thiel-Egenter et al. 2011, J. Biogeogr. 38: 772 782). W skali cyrkumpolarnej możliwe było wykazanie ogólnych wzorców wewnątrzgatunkowej zmienności genetycznej flory arktycznej, identyfikacja najważniejszych barier dla przepływu genów i centrów różnorodności genetycznej, a także weryfikacja znaczenia oceanów jako głównych barier dla flory arktycznej (np. Abbott & Brochmann 2003, Mol. Ecol. 12: 299 313; Bronken Eidesen et al. 2013, New Phytol. 898 910). Prace składające się na przedstawione przeze mnie osiągnięcie naukowe, będące w myśl ustawy podstawą do ubiegania się o stopień doktora habilitowanego, dotyczą zastosowania analiz struktury genetycznej współczesnych populacji roślin wysokogórskich pod kątem wnioskowania o historii biogeograficznej gatunków, a także identyfikacji współczesnych 4
centrów różnorodności i odrębności genetycznej. Pod względem geograficznym omawiane badania koncentrują się na wyspowych siedliskach alpejskich gór Europy Środkowej (w szerokim ujęciu tego dość labilnego terminu, pod względem masywów górskich obejmując Alpy Wschodnie, Karpaty, Sudety a także góry północnej części Półwyspu Bałkańskiego), ze szczególnym uwzględnieniem łuku Karpat. Obszar ten stanowi bardzo ważny element systemu gór Europy, natomiast był przez długi czas pomijany w badaniach biogeograficznych; przy dynamicznym ich rozwoju niemal brak było prac filogeograficznych dedykowanych rozwiązywaniu podstawowych problemów badawczych dotyczących tego regionu. Tym samym, przedstawione prace zainicjowały wypełnienie poważnej luki w tych badaniach. Aby uzyskać odpowiedni kontekst ewolucyjno-biogeograficzny, ważny dla uzyskania wiarygodnych wniosków, szczególny wysiłek został włożony w oparcie analiz na kompleksowym materiale populacyjnym reprezentatywnym dla całego zasięgu wytypowanych do badań taksonów. Na zestaw publikacji składają się cztery oryginalne prace badawcze oraz jeden artykuł przeglądowy o charakterze metaanalizy. Badania oryginalne przeprowadzone zostały na wybranych gatunkach wysokogórskich o różnej charakterystyce biologicznej i biogeograficznej. Pozwoliło to na przywołanie, m.in. w oparciu o typologię zasięgów zaproponowaną przez Pawłowskiego (1928, Bull. Int. Acad. Polon. Sci., Cl. Sci. Math., Ser. B, Sci. Nat.), reprezentatywnych przykładów (case studies) gatunków o rozmieszczeniu środkowoeuropejskim oraz szerszym (arktyczno-alpejskim). Zostały zestawione również gatunki o różnej biologii (generatywne i obligatoryjnie apomiktyczne). Przeprowadzona metaanaliza miała natomiast na celu wyłonienie a następnie syntezę dostępnych w literaturze danych dotyczących wewnątrzgatunkowej struktury genetycznej przedstawicieli flory wysokogórskiej w Karpatach na ogólnym tle systemu gór Europy. Szczególny akcent celowy położony został na badania wyspowych siedlisk alpejskich Karpat pod kątem ich znaczenia dla ewolucji wysokogórskich gatunków roślin. Jako takson reprezentujący zasięg środkowoeuropejski wybrana została Campanula alpina s.l. (Campanulaceae), jeden z kluczowych gatunków wysokogórskich muraw na podłożu granitowym Caricetalia curvulae (Ronikier et al. 2008; Ronikier & Zalewska-Gałosz 2014). Takson ten występuje we wschodniej części Alp, w Karpatach oraz w górach północnej części Płw. Bałkańskiego, przy czym w bałkańskiej części zasięgu wyodrębniono w XIX w. gatunek o niejasnym statusie taksonomicznym (C. orbelica Pančić, najczęściej uważany za konspecyficzny z C. alpina Jacq.). Praca poświęcona C. alpina w Karpatach i w Alpach (Ronikier et al. 2008) dotyczyła szczegółowej analizy struktury i odrębności genetycznej populacji w Karpatach oraz relacji pomiędzy populacjami w Karpatach i w Alpach. W aspekcie Karpat, była to jedna z pierwszych w literaturze prac dotyczących filogeografii flory tych gór, opartych na dedykowanym temu zagadnieniu materiale populacyjnym pochodzącym z całego łuku Karpat. Analiza struktury genetycznej populacji C. alpina pozwoliła na identyfikację trzech odrębnych grup genetycznych w obrębie Karpat. Wskazuje to na długotrwałe utrzymywanie się populacji w kilku regionach tych gór niezależnie od historycznych fluktuacji klimatycznych w Plejstocenie. Geograficzne rozmieszczenie linii genetycznych charakteryzujących się odrębnością markerów genetycznych (genotypowanie 5
AFLP) oraz haplotypów DNA chloroplastowego (cpdna) świadczy o istnieniu mocnych barier dla przepływu genów między populacjami i stosunkowo statycznego charakteru zasięgu karpackiego. Poziom dywergencji genetycznej wskazuje, że bariery te mają znaczenie nie tylko obecnie, ale też miały w trakcie co najmniej ostatniego zlodowacenia, pomimo ówczesnego obniżenia pięter roślinnych i potencjalnej ekspansji demograficznej gatunków wysokogórskich (co mogło przekładać się na wzrost efektywnej dyspersji wzdłuż łuku Karpat przy ograniczonym zlodowaceniu masywów górskich). Analiza potwierdziła przede wszystkim znaczenie najważniejszej fizjograficznej granicy w obrębie łuku Karpat, jakim jest śródkarpackie obniżenie Beskidu Niskiego oddzielające Karpaty Zachodnie od Południowo- Wschodnich. Obszar ten stanowi bardzo ważną i trwałą barierę dla przepływu genów między populacjami badanego gatunku wysokogórskiego i tym samym ważny czynnik wpływający na kształtowanie się wewnątrzgatunkowej struktury genetycznej i potencjalne procesy mikroewolucyjne. Jest to spójne ze znanymi od XIX w. obserwacjami ograniczeń w zasięgach gatunków oraz rozmieszczenia głównych ośrodków endemizmu w Karpatach. Co ważne, badania wykazały również istnienie bardzo istotnej bariery filogeograficznej zlokalizowanej w rejonie przełomu rzeki Olt w obrębie Karpat Południowych. Wynik ten było o tyle niespodziewany a priori, że Karpaty Południowe stanowią obszar o największej powierzchni piętra alpejskiego w całym łuku Karpat. Grupa genetyczna C. alpina występująca na południowo-zachodnim krańcu Karpat posiada m.in. unikatowy haplotyp cpdna charakteryzujący wyłącznie populacje na zachód od doliny rzeki Olt. W aspekcie całego zasięgu karpacko-alpejskiego wyniki badań wykazały, że główna bariera kształtująca strukturę genetyczną gatunku jest skorelowana z dysjunkcją między głównymi masywami górskimi (Alpy vs. Karpaty). Hierarchiczna struktura filogeograficzna C. alpina z szeregiem dobrze zdefiniowanych przestrzennie linii genetycznych podlegających długotrwałej izolacji i dywergencji w dobrze zdefiniowanych geograficznie obszarach była w późniejszej literaturze przywoływana m.in. jako jeden z modeli struktury biogeograficznej dla gatunków górskich (np. Fernández-Mazuecos & Vargas 2013, New. Phytol. 198: 1274 1289). W pierwszej pracy dotyczącej C. alpina (Ronikier et al. 2008) postawiona została hipoteza, że grupa filogeograficzna południowo-zachodniego skraju Karpat pochodzi z linii genetycznej, która wyewoluowała w sąsiadującej części zasięgu w górach Półwyspu Bałkańskiego. Weryfikacji m.in. tej hipotezy poświęcona była druga praca dotycząca tego taksonu (Ronikier & Zalewska-Gałosz 2014). Badania genetyczne materiału populacyjnego obejmującego cały zasięg C. alpina s.l. łącznie z nie analizowanymi wcześniej populacjami południowymi wykazały, że populacje bałkańskie tworzą bardzo odrębną i ściśle allopatryczną jednostkę ewolucyjną. Odpowiada ona opisanemu w XIX w., jednak później przez większość autorów pomijanemu, endemicznemu gatunkowi C. orbelica Pančić. Dodatkowo, bayesowska analiza filogenetyczna oparta na cpdna podkreśliła odrębność populacji z niewielkiego regionu na płd.-zach. skraju Karpat jako najbardziej odrębnej linii w zmienności taksonu karpackoalpejskiego (C. alpina s.str.), być może ancestralnej dla gatunku. 6
Odrębną kwestią dyskutowaną w pracach dotyczących C. alpina (Ronikier et al. 2008; Ronikier & Zalewska-Gałosz 2014) była historia zasięgu gatunku w Alpach Wschodnich. Zasięg ten, wspólny dla całej grupy gatunków wschodnioalpejsko-karpackich dla których C. alpina jest przykładem modelowym (Pawłowski 1928, op. cit.), charakteryzuje się ograniczeniem występowania w Alpach do najbardziej wschodniej części tych gór. W pracach testowane były hipotezy o krótkiej (postglacjalnej) historii tej części zasięgu i jej powstaniu w wyniku niedawnej kolonizacji z Karpat lub z Półwyspu Bałkańskiego, co mogłoby wyjaśnić obserwowane ograniczone wypełnienie dostępnych siedlisk. Badania wykazały, że obszarem ancestralnym dla gatunku są prawdopodobnie Karpaty, jednak poziom dywergencji genetycznej populacji alpejskich świadczy o dawnej kolonizacji Alp i statycznym trwaniu na zajmowanym obszarze w oparciu o obszary refugialne które nie ulegały zlodowaceniu, położone w granitowych, skrajnych obszarach Alp na wschodzie oraz w północnowschodnich masywach wapiennych. Czynniki biogeograficzne i ekologiczne odpowiedzialne za ograniczoną ekspansję na zachód u C. alpina i szerzej grupy gatunków wschodnioalpejsko-karpackich, pomimo braku zidentyfikowanych barier fizjograficznych czy klimatycznych, pozostaje najtrudniejszym do eksperymentalnego przetestowania zagadnieniem w biogeografii Alp. Drugim gatunkiem wykorzystanym w badaniach był Ranunculus glacialis L. (Ranunculaceae), który reprezentował gatunki ściśle wysokogórskie o szerokim rozmieszczeniu arktycznoalpejskim, jednak z rozbudowanym zasięgiem w górach strefy umiarkowanej w Europie (Pawłowski 1928, op. cit.). W badaniach opartych na sekwencjonowaniu DNA chloroplastowego i jądrowego przeanalizowany został materiał z całego zasięgu obejmującego góry Europy od wszystkich części Karpat po Pireneje i Sierra Nevada oraz obszary subarktyczne i arktyczne w basenie Morza Północnego (Skandynawia, Islandia, Grenlandia, Svalbard), a także w amerykańskiej i azjatyckiej części Beringii (Ronikier et al. 2012). Warto podkreślić, że była to jedna z pierwszych w literaturze prac dotyczących bioty arktyczno-alpejskiej, które obejmowały szczegółową analizę obydwu składowych zasięgu (górskiej w strefie umiarkowanej oraz północnej). Badania wewnątrzgatunkowych linii ewolucyjnych R. glacialis wykazały zasadnicze znaczenie systemu gór Europy Środkowej dla ewolucji tego gatunku arktyczno-alpejskiego. Najbardziej odrębne linie (najstarsze o największej dywergencji genetycznej) występują w obrębie Alp i Karpat. Obszary te stanowiły źródło wielokrotnej kolonizacji obszarów arktycznych w różnych historycznych okresach kształtowania zasięgu. Wnioski te znalazły formalne potwierdzenie w statystycznej analizie prawdopodobieństwa obszarów ancestralnych w oparciu o model bayesowski. W kontekście Karpat, analiza populacji R. glacialis pozwoliła na identyfikację dwóch linii genetycznych na tym obszarze. Jedna z nich była związana z niedawną kolonizacją z Alp natomiast druga miała charakter reliktowy i unikatowy w skali Europy. Karpacka linia reliktowa, powiązana genetycznie ze współczesnymi populacjami w Beringii, stanowi najprawdopodobniej źródło najstarszego (lub jednego z najstarszych) etapu kolonizacji obszarów północnych. Przykład analizy filogeograficznej R. glacialis w Karpatach (ale także na północy) wskazuje, że historia zasięgu jednego gatunku może mieć charakter bardzo dynamiczny i obejmować wielokrotną 7
kolonizację i obecność zarówno linii genetycznych pochodzących ze stosunkowo niedawnej kolonizacji jak i linii starych i reliktowych, które trwały w masywach karpackich nawet przez szereg cykli klimatycznych plejstocenu. Co ważne, struktura filogeograficzna R. glacialis wskazuje na dużą stabilność szeregu regionalnych grup genetycznych w górach strefy umiarkowanej, świadczącą o potencjalnie dużej odporności gatunków zimnolubnych na fluktuacje klimatyczne, prawdopodobnie w związku z dużym buforowym potencjałem heterogenicznego środowiska wysokogórskiego. Jest to wniosek bardzo istotny z punktu widzenia przewidywania zmian w zasięgach organizmów wysokogórskich związanych z prognozowanymi zmianami klimatycznymi w przyszłości. Omówione powyżej taksony reprezentują organizmy rozmnażające się generatywnie. Szczególną pod względem biologii i w konsekwencji struktury genetycznej grupą są gatunki obligatoryjnie apomiktyczne, nie posiadające możliwości rozmnażania generatywnego. W siedliskach górskich ważną grupę tego typu tworzą poliploidalne gatunki Hieracium pochodzenia mieszańcowego. Struktura genetyczna linii apomiktycznych w górach Europy Środkowej była analizowana na przykładzie taksonów reprezentujących Hieracium sect. Cernua w Karpatach Zachodnich, Alpach i Sudetach (Ronikier & Szeląg 2008). Podstawowym celem tej pracy, z punktu widzenia niniejszych rozważań, była analiza wewnątrzgatunkowej odrębności genetycznej apomiktycznych populacji dysjunktywnie rozmieszczonych w różnych masywach górskich. Duża liczba markerów monomorficznych uzyskanych w analizie AFLP dla wszystkich badanych populacji reprezentujących sekcję potwierdziła zakładaną wewnętrzną spójność ewolucyjną sekcji Cernua związaną najprawdopodobniej z wkładem genetycznym diploidalnego gatunku reprezentującego tę sekcję. Poszczególne populacje były praktycznie pozbawione zmienności genetycznej (funkcjonalnie konstytuowane były przez pojedyncze klony). Analiza genetyczna populacji dwóch gatunków apomiktycznych, karpacko-sudeckiego Hieracium silesiacum E. Krause i karpacko-alpejskiego H. vierhapperi (Zahn) Szeląg, wykazała istnienie zróżnicowanej struktury genetycznej. Najbardziej istotne z biogeograficznego punktu widzenia było stwierdzenie, że populacje H. silesiacum z Tatr i Sudetów nie wykazywały istotnego zróżnicowania międzypopulacyjnego, co świadczy o efektywnej dyspersji między tymi obszarami, przypuszczalnie najpóźniej z początkiem holocenu. Wynik ten wspiera hipotezę o możliwości przepływu genów, a także migracji przedstawicieli flory pomiędzy Karpatami Zachodnimi a Sudetami, w stosunkowo nieodległej przeszłości. Z kolei populacje H. vierhapperi z Karpat Zachodnich i Alp charakteryzują się istotnym zróżnicowaniem genetycznym, które może odzwierciedlać niezależną akumulację zmienności somaklonalnej wskutek długiej izolacji. Wyniki te wskazują zatem na odmienną historię związaną z różnym charakterem dwóch analizowanych dysjunkcji geograficznych, choć nie można na podstawie posiadanych danych wykluczyć, że zmienność międzypopulacyjna H. vierhapperi związana jest z politopicznym charakterem tego taksonu i tym samym izolowane części zasięgu stanowią ewolucyjnie niezależne jednostki. 8
Wnioski uzyskane na podstawie przeprowadzonych oryginalnych prac badawczych (Ronikier et al. 2008; Ronikier & Szeląg 2008; Ronikier et al. 2012; Ronikier & Zalewska-Gałosz 2014) zostały uzupełnione o dane dostępne w literaturze, w ramach artykułu przeglądowego skoncentrowanego na Karpatach i związkach filogeograficznych ich flory z florą innych obszarów górskich (Ronikier 2011). Jest to jedna z pierwszych prac przeglądowych dotyczących filogeografii gór i zarazem pierwsza podjęta próba podsumowania rozwijającej się dopiero wiedzy o strukturze genetycznej wysokogórskiej flory Karpat. O nowatorskim charakterze tej pracy stanowi dodatkowo fakt, że ma ona charakter metaanalizy opartej w znacznej mierze na danych wyekstrahowanych z publikacji nie poświęconych bezpośrednio Karpatom. Analiza dostępnych danych potwierdziła istnienie istotnej struktury filogeograficznej związanej z poszczególnymi częściami Karpat i znaczenie takich barier biogeograficznych jak obniżenie pomiędzy Karpatami Zachodnimi i Południowo-Wschodnimi, a także rozległe obniżenie związane z lesistymi masywami rozdzielającymi wysokie masywy Karpat Wschodnich i Południowych, czy przywoływany rejon doliny rzeki Olt. Badania szeregu gatunków wskazywały jednak równolegle na możliwość efektywnej dyspersji i przepływu genów wzdłuż łuku karpackiego i brak zróżnicowania populacji. Historia biogeograficzna flory Karpat obejmuje zatem zarówno powtarzające się przykłady długiej izolacji i niezależnej ewolucji populacji w poszczególnych częściach łańcucha, jak i prawdopodobną kolonizację dalekiego zasięgu. Ważne w tej syntezie było również uwypuklenie roli Karpat w szerszym kontekście biogeograficznym, np. jako ważnego etapu łącznikowego pomiędzy górami Azji (Syberii) a Alpami, czy jako źródła postglacjalnej kolonizacji Skandynawii. Warto zauważyć, że zarówno złożony charakter biogeograficznej historii wysokogórskiej flory Karpat jak i znaczenie tego obszaru w biogeografii arktycznoalpejskiej północnej półkuli znalazły dobitne potwierdzenie w przykładzie opublikowanej później i opisanej powyżej filogeografii Ranunculus glacialis (Ronikier et al. 2012). Podsumowując prace składające się na przedstawiony cykl publikacji, można przywołać następujące najważniejsze wyniki i wnioski uzyskane w tych badaniach: opublikowanie pionierskiej analizy szczegółowej struktury genetycznej wysokogórskiego gatunku (Campanula alpina) w Karpatach i identyfikacja odrębnych grup filogeograficznych świadczących o istnieniu ośrodków niezależnej ewolucji populacji w kilku częściach Karpat i o utrzymywaniu się trwałych barier dla przepływu genów w skali łuku Karpat (Ronikier et al. 2008); wykazanie, na przykładzie C. alpina, istnienia ważnego ośrodka ewolucyjnego flory wysokogórskiej w masywach południowo-zachodniego skraju Karpat Południowych na zachód od rzeki Olt (Parâng Retezat) (Ronikier et al. 2008; Ronikier & Zalewska-Gałosz 2014); szczegółowa rekonstrukcja historii biogeograficznej i ewolucyjnej Campanula alpina s.l. w górach Europy Środkowej, wskazująca na niezależną, allopatryczną ewolucję populacji bałkańskich i alpejsko-karpackich (C. alpina vs. C. orbelica) oraz istnienie grup 9
filogeograficznych świadczących o długoterminowym trwaniu in situ w Alpach i Karpatach w trakcie fluktuacji klimatycznych plejstocenu, ze wskazaniem na Karpaty Południowe jako przypuszczalny obszar ancestralny dla zasięgu C. alpina (Ronikier et al. 2008; Ronikier & Zalewska-Gałosz 2014). jedna z pierwszych szczegółowych rekonstrukcji historii biogeograficznej i ewolucyjnej gatunku arktyczno-alpejskiego z centrum występowania w górach Europy (Ranunculus glacialis), która wykazała zasadniczą rolę systemu gór Europy w ewolucji zmienności wewnątrzgatunkowej, w tym istnienie ważnej, reliktowej linii genetycznej w Karpatach, a także złożoną historię karpackiej części zasięgu (Ronikier et al. 2012); wykazanie, na przykładzie analizy współczesnego rozmieszczenia wewnątrzgatunkowych linii genetycznych R. glacialis, dużej stabilności rozmieszczenia europejskich populacji wysokogórskich w górach strefy umiarkowanej w kontekście historycznych fluktuacji klimatycznych, co ma znaczenie dla przewidywania zmian zasięgów pod wpływem przyszłych zmian klimatu (Ronikier et al. 2012); pierwsza analiza struktury genetycznej dysjunktywnych populacji gatunków apomiktycznych (Hieracium sect. Cernua), która wykazała m.in. efektywny przepływ genów i brak zmienności genetycznej pomiędzy populacjami z Karpat Zachodnich i Sudetów, w odróżnieniu od izolowanych populacji z Karpat i Alp Wschodnich (Ronikier & Szeląg 2008); syntetyczna analiza dostępnych danych z literatury pod kątem filogeografii Karpat i ich roli w szerszym kontekście biogeograficznym, która wykazała zróżnicowaną historię i dynamikę zmian zasięgów flory wysokogórskiej Karpat i znaczenie Karpat dla biogeografii flory wysokogórskiej i arktyczno-alpejskiej (Ronikier 2011). Potencjalne praktyczne zastosowanie uzyskanych wyników badań biogeograficznych jest dwuaspektowe. Po pierwsze, wiedza na temat zróżnicowania genetycznego i rozmieszczenia geograficznego wewnątrzgatunkowych linii genetycznych przynosi bardzo ważne dane dla zdefiniowania ośrodków różnorodności i odrębności genetycznej pod kątem aktualnych strategii ochrony bioróżnorodności. Po drugie, rekonstrukcja historycznych aspektów kształtowania się zasięgów gatunków, takich jak ślady dyspersji dalekiego zasięgu czy też stabilność trwania linii genetycznych (i populacji) na danym obszarze, umożliwia udoskonalanie modeli przyszłych zmian zasięgów różnych elementów bioty w odpowiedzi na zmiany klimatyczne. Tym samym, badania te mogą stanowić wkład do wypracowywania optymalnych strategii zrównoważonej ochrony bioróżnorodności w przyszłości. Biota ekosystemów wysokogórskich, potencjalnie szczególnie wrażliwych na ocieplenie klimatu, należy do szczególnie ważnych grup organizmów tym kontekście. 10
IV. Omówienie działalności naukowej i pozostałych osiągnięć naukowo-badawczych Moje zainteresowania związane z naukami przyrodniczymi zacząłem ugruntowywać w okresie nauki w liceum ogólnokształcącym w Krakowie, w klasie o profilu biologicznochemicznym, ukończonej z wyróżnieniem w 1993 r. Kontynuowałem ten kierunek kształcenia studiując biologię na Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego; studia te ukończyłem z wyróżnieniem w 1998 r. Równolegle prowadziłem działalność związaną z aktywnością turystyczną i sportową w górach, m.in. w ramach Studenckiego Koła Przewodników Górskich w Krakowie, Klubu Wysokogórskiego Kraków, a także Studenckiej Grupy Rejonowej Straży Ochrony Przyrody. Łącząc obydwa nurty działalności prowadziłem m.in. wykłady dotyczące przyrody polskich Karpat na kursach dla kandydatów na przewodników beskidzkich i strażników ochrony przyrody. Szukając swojej drogi ku studiom specjalistycznym i badaniom naukowym, w naturalny sposób postanowiłem wykorzystać fascynacje i doświadczenia terenowe związane z trudnym obszarem wysokogórskim w tematyce badawczej dotyczącej bioróżnorodności i ekologii ekosystemów alpejskich i arktycznych. Ten wybór ukształtował główną oś mojej aktywności naukowej w okresie ostatnich ponad 15 lat: począwszy od pracy magisterskiej dotyczącej ekologii mikoryz w Tatrach, po przedstawione habilitacyjne osiągnięcie naukowe. Po ukończeniu studiów, przez rok byłem uczestnikiem studiów doktoranckich na Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi UJ (w Instytucie Botaniki, pod kierunkiem prof. dr hab. K. Turnau), prowadząc tam m.in. zajęcia dydaktyczne. W związku ze zmianą tematu badań i możliwością zatrudnienia, w 1999 r. podjąłem pracę w Instytucie Botaniki PAN (IB PAN), gdzie jestem zatrudniony do chwili obecnej. Tam też rozpocząłem realizację pracy doktorskiej, której promotorem był prof. dr hab. Z. Mirek. Pracę tę, której podstawą były prowadzone w IB PAN po raz pierwszy analizy zmienności genetycznej, obroniłem (z wyróżnieniem przez Radę Naukową) w 2005 r. W trakcie realizacji doktoratu otrzymałem m.in. roczne stypendium federalnego rządu Szwajcarii (2000 2001), dzięki któremu miałem możliwość zyskania doświadczeń i nawiązania kontaktów naukowych z kilkoma grupami badawczymi w Szwajcarii i we Francji. Już po powrocie do Krakowa brałem udział w realizacji projektu europejskiego INTRABIODIV (2004 2006; por. niżej), co pozwoliło mi na utrwalenie i rozszerzenie nawiązanej wcześniej współpracy. Zarówno stypendium, jak i wspomniany grant miały bardzo duże znaczenie dla mojego rozwoju naukowego i tworzenia koncepcji mojej pracy badawczej. Równolegle, we współpracy z dr E. Cieślak (Zakład Systematyki Roślin Naczyniowych IB PAN), współtworzyłem w Instytucie zaplecze laboratoryjne do analiz molekularnych, wykorzystując w dużej mierze doświadczenia zdobyte podczas pobytów w laboratoriach zagranicznych. W 2011 r. została mi powierzona funkcja kierownika Pracowni Analiz Molekularnych, wyodrębnionej jako jednostka strukturalna Instytutu. Rozpocząłem wówczas działania zmierzające do konsolidacji własnego kierunku badań, który związany jest z funkcjonującą przy Pracowni nieformalną tematyczną grupą badawczą Molecular Biogeography. Ważnym wydarzeniem z ostatniego okresu w ramach tej działalności, 11
określającym niejako profil grupy, było zorganizowanie w 2013 r. w Krakowie pierwszej międzynarodowej, interdyscyplinarnej konferencji dedykowanej zagadnieniom biogeografii Karpat: Biogeography of the Carpathians: Evolution of Biodiversity in a Spatiotemporal Context. The First Interdisciplinary Symposium. W poniższej części autoreferatu zestawiłem syntetyczny opis moich zainteresowań i osiągnięć badawczych z podziałem na najbardziej istotne nurty tematyczne, a także ilościowe zestawienie dorobku i działalności naukowej. Biogeografia molekularna i struktura bioróżnorodności bioty wysokogórskiej i arktycznoalpejskiej Tematyka moich badań koncentruje się przede wszystkim na zagadnieniach struktury bioróżnorodności i dynamiki jej zmian w czasie i przestrzeni, a podstawowym modelem biologicznym są organizmy ekosystemów zimnych. W szczególności, w polu moich zainteresowań naukowych jest zastosowanie technik analiz molekularnych do badań zmienności i dywergencji populacji organizmów alpejskich i arktycznych o dysjunktywnych zasięgach. Badania te mają na celu rekonstrukcję ich historii biogeograficznej i populacyjnych procesów genetycznych, m.in. w kontekście zmian klimatu (wpływu zmian historycznych oraz prób modelowania dynamiki przyszłych zmian w rozmieszczeniu i zmienności organizmów wysokogórskich). Do moich najważniejszych szczegółowych zainteresowań należy filogeografia i analiza historii zasięgów wysokogórskich gatunków roślin w górach Europy Środkowej oraz w szerszej skali geograficznej (np. zasięgów cyrkumpolarnych). Badania w tym kierunku rozpocząłem w ramach pracy doktorskiej poświęconej filogeografii i strukturze genetycznej Pulsatilla vernalis (L.) Mill. (Ranunculaceae), taksonu o szczególnym, górsko-niżowym zasięgu. Najważniejsze wyniki tej pracy, przedstawiające rozmieszczenie dwóch głównych linii genetycznych w europejskich populacjach tego gatunku, zostały opublikowane w czasopiśmie Journal of Biogeography (Ronikier et al. 2008, J. Biogeogr. 35: 1650 1664). Dzięki stażom badawczym realizowanym w trakcie pracy nad doktoratem, w tym przede wszystkim wspomnianemu już rocznemu federalnemu stypendium rządu Szwajcarii (Uniwersytety w Neuchâtel i w Zurichu, 2000 2001), miałem możliwość nauki metod badawczych stosowanych w biogeografii molekularnej, poznania najbardziej aktualnych trendów badawczych dotyczących biogeografii Alp a także nawiązania kontaktów z czołowymi naukowcami zajmującymi się tą tematyką. W trakcie realizacji pracy doktorskiej zacząłem konkretyzować plany dalszych prac, które miały na celu rozszerzenie analiz z zakresu filogeografii wysokogórskiej na Karpaty i inne góry Europy Środkowej. Najważniejsze wyniki dotychczasowych badań nad tym tematem stały się podstawą osiągnięcia naukowego przedstawionego dla celów ubiegania się o stopień doktora habilitowanego (por. punkt III autoreferatu). Badania te stanowiły m.in. część własnego projektu badawczego finansowanego przez MNiSW pt. Porównawcza filogeografia 12
wybranych gatunków wysokogórskiej flory Karpat: w poszukiwaniu historycznych relacji i ośrodków różnorodności genetycznej (2007 2010). Do innych prac mieszczących się w tym nurcie należą m.in. badania realizowane we współpracy z dr hab. A. Stachurską-Swakoń (Instytut Botaniki UJ) i dr E. Cieślak (IB PAN) w ramach grantu dotyczącego filogeografii grupy kluczowych gatunków budujących zbiorowiska ziołoroślowe, stanowiące ważny element flory piętra subalpejskiego w górach Europy. W badaniach tych udało się wykazać m.in. znaczenie Karpat dla ewolucji struktury genetycznej tych gatunków, jako że w skali całego europejskiego zasięgu właśnie tu zlokalizowana była granica rozdzielająca główne grupy filogeograficzne (Stachurska-Swakoń et al. 2012, Preslia 84: 121 140; Stachurska-Swakoń et al. 2013, Bot. J. Linn. Soc. 171: 413 428). W ostatnim czasie, do ważnych tematów badawczych należą również niepublikowane jeszcze analizy szczegółowej struktury genetycznej populacji wysokogórskiej flory w mniejszej skali geograficznej, w szczególności Tatr, w kontekście jej historii oraz współcześnie zachodzących procesów populacyjnych w środowisku wysokogórskim. Jeszcze podczas pobytu w Szwajcarii uczestniczyłem, jako członek zespołu badawczego Pracowni Botaniki Ewolucyjnej (Laboratoire de botanique évolutive) na Uniwersytecie w Neuchâtel, w pracach nad wnioskiem aplikacyjnym o projekt w ramach 6. Programu Ramowego UE, którego inicjatorem i koordynatorem był dr Pierre Taberlet (Laboratoire d écologie alpine, Uniwersytet w Grenoble, Francja). Już po powrocie do Krakowa brałem udział w przygotowaniu poprawionej i rozszerzonej wersji tego wniosku, który uzyskał finansowanie na lata 2004 2006 jako projekt pod nazwą INTRABIODIV Tracking surrogates for intraspecific biodiversity: towards efficient selection strategies for the conservation of natural genetic resources using comparative mapping and modeling approaches. Instytut Botaniki PAN został jednym z partnerów konsorcjum projektu. Projekt ten miał bardzo duże znaczenie tak dla rozwoju mojego własnego doświadczenia badawczego, jak i dla rozwoju zaplecza laboratoryjnego Instytutu. Jego głównym celem było zbadanie relacji pomiędzy podstawowymi poziomami różnorodności biologicznej: (i) wewnątrzgatunkowym (genetycznym genetic polymorphism), (ii) międzygatunkowym (bogactwo gatunkowe species richness), oraz (iii) siedliskowym (habitat variation), na modelu flory wysokogórskiej Alp i Karpat. Miarą najczęściej stosowaną dla oszacowania różnorodności biologicznej jest bogactwo gatunkowe danego obszaru, natomiast do najważniejszych parametrów, jakie powinny być brane pod uwagę przy rozważaniu zagadnień efektywnej ochrony bioróżnorodności, należy różnorodność wewnątrzgatunkowa (genetyczna), która powiązana jest wprost z adaptacyjnym i ewolucyjnym potencjałem gatunków w zmieniających się warunkach środowiskowych. Określenie ewentualnych związków genetycznej zmienności gatunków z łatwiej mierzalnymi, wyższymi poziomami różnorodności biologicznej umożliwiłoby zdefiniowanie zastępczych wskaźników dla różnorodności genetycznej. Jedna z głównych części projektu poświęcona była analizie zmienności genetycznej populacji kilkudziesięciu wybranych gatunków flory wysokogórskiej (Gugerli et al. 2008, Persp. Plant Ecol. Evol. Syst. 10: 259 281). Byłem w tym projekcie odpowiedzialny za koordynację badań genetycznych gatunków w Karpatach. Badania te rozpocząłem jeszcze przed obroną 13
doktoratu (2004 r.) i kontynuowałem w okresie późniejszym. Głównym efektem projektu była publikacja zbiorczych wyników które wykazały, że bogactwo gatunkowe obszaru nie jest skorelowane z poziomem wewnątrzgatunkowej różnorodności genetycznej populacji w środowisku wysokogórskim, w związku z czym nie może stanowić efektywnego wskaźnika do jej pośredniej ewaluacji (Taberlet et al. 2013, Ecol. Lett. 15: 1439 1448). Z punktu widzenia badań nad strukturą różnorodności genetycznej flory wysokogórskiej, istotny był również np. artykuł dotyczący powiązania zmienności genetycznej populacji z cechami biologii gatunków, charakterem siedlisk i historią biogeograficzną Alp i Karpat. Przedstawiona w nim została m.in. istotna zależność różnorodności genetycznej od charakteru gór, ich topografii i powiązanej z tym historii populacji (Thiel-Egenter et al. 2009, Global Ecol. Biogeogr. 18: 78 87). Wieloaspektowe wyniki projektu są w dużej części jeszcze w opracowaniu. Szczegółowe analizy struktury genetycznej populacji wysokogórskich w Alpach i Karpatach kontynuowałem m.in. w ramach kolejnego projektu europejskiego finansowanego w 6. Programie Ramowym UE: ECOCHANGE Challenges in assessing and forecasting biodiversity and ecosystem changes in Europe (2006 2012), którego inicjatorem i koordynatorem był również dr P. Taberlet. Był to kompleksowy projekt wpisujący się w nurt prac nad określaniem i przewidywaniem wpływu zmian klimatycznych na ziemi (global change) na bioróżnorodność i funkcjonowanie ekosystemów lądowych Europy. Jego ostatecznym wynikiem ma być wypracowanie udoskonalonych modeli prognozowania tych zjawisk. W ramach tego projektu byłem odpowiedzialny, wspólnie z dr. M. Puşcaşem (Uniwersytet w Cluj-Napoca, Rumunia) za realizację analiz genotypowania (AFLP) populacji dwóch typowych gatunków arktyczno-alpejskich (Dryas octopetala L. i Arabis alpina L.) pod kątem nowatorskich badań zakresu dyspersji jednego z podstawowych czynników wpływających na kształtowanie się i dynamikę zasięgów geograficznych. W projekcie tym byłem formalnym koordynatorem (Task leader) zadania badawczego T3.2.2. DNA Analysis. Najnowszy etap moich badań dotyczących biogeografii molekularnej organizmów arktycznoalpejskich związany jest z rozpoczętym w 2012 r. i kierowanym przeze mnie projektem finansowanym w ramach Polsko-Szwajcarskiego Programu Badawczego, zatytułowanym The fate of ecological interactions in a changing climate: using next-generation sequencing technologies to unravel adaptive and historical processes in a community of interrelated arctic-alpine organisms (DRYADE). Projekt ten realizowany jest we współpracy z dr. N. Alvarezem (Département d écologie et d évolution, Université de Lausanne) oraz prof. dr. R. Holdereggerem (Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research WSL). Badania dotyczą wpływu długofalowych zmian klimatu na kształtowanie przestrzennych zasięgów gatunków oraz ewolucję interakcji ekologicznych. Głównym modelem badawczym w projekcie jest układ organizmów arktyczno-alpejskich powiązanych ścisłą interakcją ekologiczną: rośliny (Dryas octopetala) oraz dwóch obligatoryjnie związanych z nią organizmów: grzyba saprobiontycznego [Rhizomarasmius epidryas (Kühner ex A. Ronikier) A. Ronikier & M. Ronikier] oraz pasożytniczego motyla (Stigmella dryadella O. Hofmann 1868). Szczegółowa analiza genetyczna tego modelu możliwa będzie dzięki zastosowaniu 14
technologii sekwencjonowania nowej generacji (next generation sequencing). Na podstawie analizy genomowej zbioru prób badanego układu powiązanych ekologicznie gatunków w szerokiej skali geograficznej, podjęta zostanie próba odtworzenia historii ewolucyjnej i wzajemnych relacji poszczególnych elementów w czasie i przestrzeni. Wyniki uzyskane w ramach projektu będą stanowiły wkład do wiedzy na temat procesów ewolucyjnych zachodzących pomiędzy współzależnymi ekologicznie organizmami. Dzięki temu, pozwolą również na lepsze zrozumienie głównych czynników kształtujących ekosystemy lądowe, zwłaszcza strefy arktyczno-alpejskiej, a także na lepsze przewidywanie potencjalnego wpływu zachodzących współcześnie globalnych zmian klimatu nie tylko w perspektywie pojedynczych gatunków, ale również wzajemnie powiązanych układów ekologicznych. Zastosowanie analiz DNA w taksonomii i filogenetyce Analizy DNA stanowią jedno z podstawowych źródeł informacji dla rekonstrukcji związków filogenetycznych oraz weryfikacji ujęć taksonomicznych na różnych poziomach hierarchii systematycznej organizmów. Jakkolwiek nie zajmowałem się filogenetyką w szerszym zakresie, w ramach prowadzonych przeze mnie badań opublikowałem szereg prac w których analizy zmienności genetycznej zostały wykorzystane do weryfikacji statusu taksonomicznego badanych organizmów lub identyfikacji taksonomicznej populacji w różnych częściach zasięgu. Zrealizowana we współpracy z dr E. Cieślak (IB PAN) i prof. dr. M. Kochem (Uniwersytet w Heidelbergu, Niemcy) analiza genetyczna środkowoeuropejskich gatunków rodzaju Cochlearia pozwoliła na jednoznaczne potwierdzenie statusu Cochlearia tatrae Borbás jako gatunku endemicznego dla Tatr, a także C. polonica E. Fröhl. jako endemitu Polski południowej (Cieślak et al. 2007, Taxon 56: 112 118). Genotypowanie AFLP pozwoliło na identyfikację dwóch izolowanych populacji: na Słowacji poza Tatrami (uznawanej wcześniej za C. tatrae) oraz na Ukrainie (uznawanej wcześniej za C. polonica) jako C. pyrenaica DC., gatunek diploidalny o ogólnoeuropejskim rozmieszczeniu. Z kolei w kompleksowej analizie biogeograficzno-ewolucyjnej kompleksu Campanula alpina s.l., która wchodzi w skład habilitacyjnego osiągnięcia naukowego, jednym z wyników pozostających poza wiodącą tematyką osiągnięcia była weryfikacja ujęć taksonomicznych. Wyniki analiz (AFLP, sekwencjonowanie DNA, cytometria przepływowa i morfometria) wykazały istnienie dwóch odrębnych gatunków, C. alpina Jacq. oraz endemicznej dla Bałkanów C. orbelica Pančić, potwierdzając obserwacje wybitnego XIX-wiecznego botanika serbskiego J. Pančicia (Ronikier & Zalewska-Gałosz 2014). W związku z przeprowadzonymi badaniami, w cytowanej pracy dokonano także niezbędnej lektotypizacji obydwu gatunków. Podobnie, dodatkowym efektem analizy struktury genetycznej Hieracium sect. Cernua (stanowiącym część osiągnięcia habilitacyjnego) było molekularne poparcie dla wyodrębnienia apomiktycznego gatunku Hieracium austrotatricum Szeląg (Ronikier & Szeląg 2008). Ważnym artykułem, opublikowanym we współpracy z dr A. Ronikier (Zakład Mykologii IB PAN) i dobitnie ilustrującym znaczenie analiz DNA dla właściwej rekonstrukcji statusu taksonomicznego i pozycji filogenetycznej organizmów, była też praca poświęcona Rhizomarasmius epidryas arktyczno-alpejskiemu gatunkowi grzyba podstawkowego 15
związanemu obligatoryjnie z Dryas octopetala. Analiza filogenetyczna oparta na sekwencjach dwóch regionów DNA jądrowego wykazała, że gatunek ten należy do rodziny Physalacriaceae i rodzaju Rhizomarasmius a jego wcześniejsze, odległe klasyfikacje w obrębie rodzajów Marasmius (rodzina Marasmiaceae) lub Mycetinis (rodzina Omphalotaceae) były błędne (Ronikier M. & Ronikier A. 2011, Mycologia 103: 1124 1132). Odrębnym nurtem w moich badaniach molekularno-taksonomicznych, nie związanym z gatunkami górskimi, są prace nad procesami hybrydyzacji i definicją taksonów mieszańcowych w rodzaju Potamogeton. Miałem możliwość włączenia się do tych badań dzięki długofalowej współpracy z dr hab. Joanną Zalewską-Gałosz (Instytut Botaniki UJ), specjalistką w zakresie ewolucji i taksonomii tego rodzaju. Moim zadaniem w tych badaniach było wykorzystanie analizy sekwencji DNA oraz genotypowania dla identyfikacji hybryd a także prób prześledzenia procesów hybrydyzacji i introgresji w populacjach mieszańcowych. Poznanie tych procesów w rodzaju Potamogeton jest szczególnie ważne m.in. dlatego, że klonalnie rozmnażające się mieszańce tego rodzaju należą do ważnych i trwałych składników ekosystemów słodkowodnych. Dotychczasowym efektem tych badań było opublikowanie szeregu prac dotyczących taksonów mieszańcowych (np. Zalewska-Gałosz et al. 2009, Preslia 81: 281 292; Zalewska-Gałosz et al. 2010, Taxon 59: 559 566), a także opisanie dwóch nowych gatunków mieszańcowego pochodzenia: Potamogeton assidens Z. Kaplan, Zalewska-Gałosz, M. Ronikier i Potamogeton maëmetsiae Zalewska-Gałosz, M. Ronikier. Warto podkreślić, że były to pierwsze dwa przypadki w Europie opisania nowych dla nauki taksonów rdestnic w oparciu zarówno o cechy morfologiczno-anatomiczne jak i molekularne. Badania populacji roślin rzadkich i zagrożonych Istotnym wątkiem moich zainteresowań naukowych są badania roślin rzadkich pod kątem ich występowania, zasobów populacyjnych i zmienności genetycznej. Gromadzenie danych na ten temat ma zasadnicze znaczenie dla możliwości oceny zagrożeń populacji i planowania efektywnych zabiegów konserwatorskich. Z punktu widzenia genetyki konserwatorskiej, wszystkie prace o charakterze biogeograficznym, które zawierają informacje o liniach genetycznych i ich rozmieszczeniu w przestrzeni geograficznej przynoszą istotne informacje na temat ośrodków różnorodności genetycznej czy zróżnicowania puli genowej gatunków. Spośród kilku opracowań bezpośrednio dotyczących badań pod kątem ochrony populacji chciałbym przywołać przede wszystkim zrealizowaną wspólnie z dr E. Cieślak szczegółową analizę struktury genetycznej skrajnie rzadkiego gatunku endemicznego Cochlearia polonica, utrzymującego się obecnie wyłącznie w populacjach reintrodukowanych. Praca ta wykazała m.in. istnienie struktury genetycznej istotnie skorelowanej z rozmieszczeniem osobników, co ma potencjalne znaczenie dla ewentualnych zabiegów ochronnych in situ oraz ex situ (Cieślak et al. 2009, Bot. J. Linn. Soc. 155: 527 532). W ostatnich latach realizowałem również niepublikowane badania eksperckie dotyczące oszacowania populacji roślin rzadkich pod kątem zmienności genetycznej na zlecenie Regionalnej Dyrekcji Ochrony Środowiska w Krakowie (raport na temat struktury genetycznej populacji zagrożonej Pulsatilla pratensis (L.) 16
Mill. na terenie Krakowa, 2012), a także w ramach projektu pt. Ochrona górskich populacji roślin poprzez bank genów, hodowlę i wprowadzanie na stanowiska naturalne, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w oparciu o program Infrastruktura i Środowisko i koordynowanego przez dr. P. Olejniczaka z Instytutu Ochrony Przyrody PAN (raport na temat struktury genetycznej populacji szeregu rzadkich gatunków roślin na terenie Tatr i Podtatrza, 2013). Drugim nurtem w ramach mojego zaangażowania w prace dotyczące ochrony populacji gatunków rzadkich jest analiza zasobów populacyjnych i szacowania poziomu ich zagrożenia w oparciu o badania terenowe i inwentaryzację populacji. Część takich prac realizowana była w związku z prowadzeniem badań terenowych dla potrzeb analiz biogeograficznych. Do najważniejszych z nich należały w mojej ocenie dwie prace. Pierwsza to wykonana we współpracy z dr. A. Grzylem (Katedra Geobotaniki i Ekologii Roślin, Uniwersytet w Łodzi) kompleksowa inwentaryzacja populacji Pulsatilla vernalis na niżu polskim i wskazanie zagrożeń dla tego gatunku podlegającego dramatycznie szybkiemu wymieraniu populacji w trakcie ostatnich stu lat (Grzyl & Ronikier 2011, Pol. Bot. J. 56: 185 194). Druga to inwentaryzacja populacji wysokogórskiego gatunku Ranunculus glacialis w Karpatach Rumuńskich. Wykazała ona istnienie co najmniej dwóch populacji gatunku, który według rumuńskiej Czerwonej Księgi nie był odnaleziony od przeszło stu lat; pozwoliło to na weryfikację statusu tego gatunku w Rumunii a także opracowanie mapy rozmieszczenia w Karpatach (Ronikier 2010, Pol. Bot. J. 55: 199 207). Jednostkowym, ale bardzo cennym znaleziskiem, które spotkało się z dużym zainteresowaniem ze strony botaników bułgarskich, było również odkrycie skrajnie małej, reliktowej populacji Dryas octopetala, jedynej znanej w całym masywie Rodopów w Bułgarii (Ronikier M. & Ronikier A. 2010, Phytol. Balc. 16: 435). Szereg prac związanych z inwentaryzacją rzadkich gatunków wysokogórskich wiązał się także z moim udziałem w opracowaniu książki Czerwona Księga Karpat Polskich Rośliny Naczyniowe, gdzie uczestniczyłem w opracowaniu stanu populacji i zagrożenia ośmiu gatunków wysokogórskich, w tym takich należących do najrzadszych w skali Polski jak Androsace obtusifolia All. czy Draba tomentosa Clairv. Na podstawie doświadczeń i materiałów zebranych w powyższych pracach zostałem również zaangażowany do prac nad nowym wydaniem Polskiej Czerwonej Księgi Roślin. Symbioza mikoryzowa w ekosystemach górskich Symbioza mikoryzowa w górach to chronologicznie pierwszy temat związany z moją działalnością badawczą. Moje zainteresowania tą tematyką ukształtowały się dzięki realizacji pracy magisterskiej, która dotyczyła różnorodności ektomikoryz Polygonum viviparum L. na gradiencie wysokościowym w polskich Tatrach (Ronikier & Mleczko 2009, Acta Mycol. 41: 209 222). W późniejszym okresie zajmowałem się tą tematyką przede wszystkim w kontekście zastosowania potencjału analiz DNA w badaniach mikoryz. We współpracy z dr. P. Mleczko (Instytut Botaniki UJ) i dr A. Ronikier (IB PAN) prowadziłem badania związane z wykorzystaniem analizy mikoryz do mapowania rozmieszczenia gatunku mikoryzowego 17
Suillus plorans (Rolland) Kuntze w Tatrach (Ronikier et al. 2002, Acta Soc. Bot. Pol. 71: 235 242). Gatunek ten, ściśle związany z limbą (Pinus cembra L.), uważany był za skrajnie rzadki w Tatrach; podjęte badania wykazały, że występuje on jako symbiont limby na wszystkich jej badanych stanowiskach. Pokazuje to, że przy niekorzystnych warunkach środowiskowych wpływających na ograniczenie wytwarzania owocników (na przykład w ekosystemach wysokogórskich), ektomikoryzy mogą stanowić ważne źródło informacji na temat występowania i rozmieszczenia grzybów. Z kolei w pracy taksonomicznej dotyczącej alpejskiego gatunku grzyba Alnicola cholea Kühner zastosowałem analizę zmienności DNA rybosomalnego do molekularnej identyfikacji mikoryz tego gatunku z Polygonum viviparum (Moreau et al. 2006, Mycologia 98: 469 479). Najnowsze badania związane z różnorodnością mikoryz, w których biorę udział, realizowane są aktualnie w tej samej współpracy w ramach kierowanego przez dr A. Ronikier projektu MNiSW, pt. Analiza uwarunkowań występowania grzybów arktyczno-alpejskich w górach strefy umiarkowanej. Projekt ten łączy dwa ważne aspekty moich zainteresowań badawczych: zastosowanie analiz zmienności DNA oraz badania czynników warunkujących rozmieszczenie organizmów arktyczno-alpejskich. Podstawą projektu jest analiza molekularna składu gatunkowego zbiorowisk grzybów mikoryzowych związanych z arktyczno-alpejską krzewinką Dryas octopetala, w kontekście analizy porównawczej reliktowych populacji tego gatunku w piętrze leśnym Karpat z populacjami wysokogórskimi (występującymi w swoim optimum ekologicznym). Wyniki tych badań posłużą do wnioskowania na temat uwarunkowań występowania grzybów arktycznoalpejskich oraz stopnia stałości powiązania z nimi arktyczno-alpejskich roślin mikoryzowych w kontekście zmian zasięgów (a więc odpowiedzi na pytanie: czy występowanie tej grupy grzybów jest uzależnione przede wszystkim od warunków klimatycznych czy od obecności specyficznego partnera roślinnego). Uzyskane wyniki pomogą w określeniu przyszłości arktyczno-alpejskiego elementu fungi (a poprzez to również alpejskiego ekosystemu w ogóle), w niewielkich powierzchniowo, wyspowych siedliskach Karpat, potencjalnie najbardziej narażonych na zmiany spowodowane globalnym ociepleniem klimatu. Inne tematy badawcze W trakcie swojej pracy naukowej uczestniczyłem również w innych przedsięwzięciach naukowych o charakterze wykraczającym poza zasygnalizowaną podstawową tematykę badawczą. Są to głównie projekty dotyczące poznania bioróżnorodności różnych grup organizmów w obszarach górskich. Do takich prac należą na przykład badania różnorodności gatunkowej grzybów arktyczno-alpejskich oraz śluzowców przyśnieżnych w górach Europy. Były one przeze mnie realizowane w ramach stałej współpracy naukowej z dr A. Ronikier (IB PAN), będącej m.in. jednym z najlepszych światowych specjalistów w zakresie taksonomii i różnorodności śluzowców przyśnieżnych. Za najważniejszą moją pracę z tej tematyki uważam analizę pionowego rozmieszczenia gatunków śluzowców przyśnieżnych w górach półkuli północnej (Ronikier A. & Ronikier M. 2009, Mycologia 101: 1 16). Praca ta stanowiła pierwszą syntezę dostępnych danych o rozmieszczeniu geograficznym i wysokościowym przedstawicieli tej grupy a jej najważniejszym wynikiem było wykazanie, że śluzowce 18
przyśnieżne nie są pod względem występowania organizmami związanymi wyłącznie z siedliskami wysokogórskimi (otwartymi), są natomiast ograniczone w swoim występowaniu do obszarów górskich (od lasów po piętro alpejskie). Perspektywy Realizując koncepcje badawcze dotyczące biogeografii i ewolucji bioty wysokogórskiej, planuję w najbliższych latach rozwijać swoje badania w kierunku testowania ogólnych hipotez w oparciu o kompleksowe zbiory danych. Główne kierunki rozwoju moich badań obejmują przede wszystkim: (i) wyjście od dotychczas prowadzonych badań pojedynczych gatunków czy grup populacji w kierunku wielogatunkowych analiz porównawczych; (ii) objęcie systematycznymi badaniami układów modelowych reprezentujących różne elementy bioty wysokogórskiej (rośliny, zwierzęta, grzyby); (iii) wykorzystanie możliwości związanych z dostępnością nowych technologii sekwencjonowania DNA umożliwiających statystycznie zaawansowane analizy kompleksowych prób sekwencji DNA (tzw. genotypowanie przez sekwencjonowanie). W tych kierunkach zmierzają dwa rozpoczęte już projekty. W pierwszym, dotyczącym dalszych badań nad biotą Karpat, rozpocząłem realizację analiz mających na celu poznanie różnych aspektów biogeograficznych flory wysokogórskiej w oparciu o metody filogeografii porównawczej. Drugim, najbardziej kompleksowym z dotychczasowych tematów badawczych jest natomiast wspomniany już powyżej nowy projekt DRYADE (2012 2016). Projekt ten zakłada wyjście poza badania obiektów należących do jednej grupy taksonomicznej na rzecz istniejących w środowisku układów funkcjonalnych, na które składają się bardzo zróżnicowane biologicznie elementy. Podsumowanie dotychczasowego dorobku i działalności naukowej (szczegółowe zestawienie i opis dorobku zawarte są w załączniku nr 3) Moja działalność badawcza związana jest przede wszystkim z zastosowaniem analiz DNA w badaniach nad biogeografią i ewolucją bioty wysokogórskiej i arktyczno-alpejskiej. Bardzo ważnym aspektem dla mojej pracy jest stała współpraca z badaczami zajmującymi się podobną tematyką, w takich ośrodkach jak: Département d écologie et d évolution, Université de Lausanne oraz Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research (Szwajcaria), Laboratoire d écologie alpine, Université de Grenoble (Francja), Unit of Plant Evolution and Diversity, Institute of Botany, University of Innsbruck (Austria), czy A. Borza Botanical Garden, Babeş-Bolyai University, Cluj-Napoca (Rumunia). Uczestniczyłem do tej pory w 10 krajowych projektach badawczych (będąc kierownikiem dwóch z nich). Brałem udział również w dwóch projektach finansowanych przez Unię Europejską, w których byłem odpowiedzialny za koordynację części prac badawczych, a także za administrowanie i raportowanie działań grupy badawczej. Aktualnie jestem odpowiedzialny jako kierownik za międzynarodowy projekt badawczy finansowany w ramach Polsko-Szwajcarskiego Programu Badawczego. 19
Mój dotychczasowy dorobek publikacyjny obejmuje 67 pozycji (nie licząc doniesień konferencyjnych i publikacji o charakterze popularnonaukowym). Około połowa prac (32) to artykuły zamieszczone w indeksowanych w bazie JCR czasopismach o zasięgu międzynarodowym, w tym ważnych dla reprezentowanych dziedzin periodykach, takich jak Molecular Ecology, Global Ecology and Biogeography, Journal of Biogeography, Ecology Letters, Taxon. W sumie 16 artykułów (50%; w tym wszystkie wchodzące w skład osiągnięcia habilitacyjnego ) ukazało się w czasopismach należących do pierwszego kwartyla dla swoich dziedzin tematycznych (Plant Sciences, Ecology, Evolutionary Biology, Geography). Moje publikacje indeksowane w bazie Web of Science były dotychczas cytowane w sumie 323 razy, a związany z tym indeks Hirscha (HI) wynosi 11 (stan na 31.01.2014). Moje prace były również cytowane w publikacjach książkowych (m.in.: Didukh Y. (red.), 2009, Red Book of Ukraine. Plants, Globalkonsalting; Habel J.C., Assmann T. (red.), 2010, Relict species. Phylogeography and conservation biology, Springer; Spehn E., Körner C. (red.), 2010. Data Mining for Global Trends in Mountain Biodiversity, CRC Press), a także w pracach doktorskich i magisterskich realizowanych w różnych krajach Europy [m.in.: Carlsen T., Oslo, Norwegia (2007); Steinmann K., Zürich, Szwajcaria (2008); Laitinen P., Jyväskylä, Finlandia (2008); Schmickl R., Heidelberg, Niemcy (2009); Soubani E., Lund, Szwecja (2010); Meindl C., Regensburg, Niemcy (2012)]. Dla czasopism w których ukazały się moje prace indeksowane, sumaryczny impact factor zgodny z rokiem opublikowania wynosi 79,07, a sumaryczny impact factor 5-letni wynosi 94,25. Znaczącą część mojego dorobku stanowi też wkład do publikacji książkowych (17 pozycji) obejmujący m.in. współautorstwo krytycznej listy roślin naczyniowych Polski (Mirek Z. et al., 2002, Flowering plants and pteridophytes of Poland. A checklist. W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of Sciences), a także szereg rozdziałów w Czerwonej Księdze Karpat Polskich Rośliny Naczyniowe (2008) oraz w nowym wydaniu Polskiej Czerwonej Księgi Roślin (przyjęte do druku). Wyniki swoich badań prezentowałem, samodzielnie lub we współautorstwie, na 23 konferencjach międzynarodowych (15) oraz krajowych (8), w formie 16 referatów i 29 posterów. Na mój dorobek składają się także 42 opublikowane doniesienia konferencyjne. W ramach swojej działalności naukowej brałem również udział w organizacji kilku konferencji krajowych i międzynarodowych, w tym przede wszystkim jako inicjator i przewodniczący Komitetu Organizacyjnego międzynarodowej konferencji Biogeography of the Carpathians: Evolution of Biodiversity in a Spatiotemporal Context. The First Interdisciplinary Symposium (26 28. 09. 2013, Kraków, Poland), tematycznie związanej z główną osią moich zainteresowań badawczych. Z punktu widzenia naukowej działalności organizacyjnej, do najważniejszych moich osiągnięć należy udział w tworzeniu koncepcji oraz współorganizowaniu zaplecza analiz molekularnych w Instytucie Botaniki PAN, które aktualnie obejmuje profesjonalną platformę do wielokierunkowych analiz genetycznych włączając sekwencjonowanie DNA nowej generacji. 20