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Come rispondono gli organismi ai cambiamenti ambientali?
Gli esseri umani stanno modificando il mondo in molti modi, e non tutti in meglio. I cambiamenti che causiamo sono spesso gravi sfide per gli animali, le piante e i microbi in natura, dall’introduzione di agenti patogeni o specie esotiche invasive all’aggiunta di sostanze tossiche o nutrienti eccessivi, o causando cambiamenti climatici. Spesso si verificano diversi cambiamenti contemporaneamente. Il laboratorio di Nelson Hairston si concentra sugli ambienti d’acqua dolce, soprattutto laghi e stagni, dove alcune delle specie presenti rispondono al cambiamento ambientale con diminuzioni del loro numero, anche fino al punto di estinzione, mentre altre possono trarre beneficio in eccesso, diventando così dominanti da presentare problemi, come nel caso di fioriture algali dannose stimolate dall’arricchimento di nutrienti o dal riscaldamento del clima. Il laboratorio di Hairston studia come le singole specie, le reti alimentari e gli interi ecosistemi vengono alterati quando l’ambiente cambia.
Un modo in cui alcuni organismi d’acqua dolce rispondono ai cambiamenti ambientali è quello di evolversi rapidamente. Un cambiamento marcato nell’ambiente favorisce alcune caratteristiche di piante, animali e microbi rispetto ad altre. Queste differenze di carattere sono spesso basate geneticamente in modo che le caratteristiche favorite possano aumentare nella generazione successiva. Più breve è il tempo di generazione, più velocemente può avvenire questo cambiamento evolutivo. Per esempio, il minuscolo ma abbondante plancton, mangiato da pesci e altri animali più grandi, può adattarsi all’ambiente cambiato in pochi anni perché il loro tempo di generazione è solo di pochi giorni. Il laboratorio di Hairston ha dimostrato che le “pulci d’acqua” planctoniche (Daphnia), grandi consumatori di alghe sospese nei laghi, si sono evolute per essere tolleranti alle alghe nocive entro un decennio dalla comparsa delle fioriture. Questa rapida evoluzione (definita “salvataggio evolutivo” in biologia della conservazione) solleva molte domande intriganti, per tutti gli ambienti, non solo per l’acqua dolce: Fino a che punto possiamo contare sul fatto che le specie si adattino piuttosto che estinguersi quando il loro ambiente cambia? In che modo l’evoluzione di una specie che gioca un ruolo ecologico critico altera le interazioni che ha con altre specie, e il funzionamento dell’intero ecosistema?
Misurare e prevedere i rapidi cambiamenti evolutivi, dalla resistenza agli antibiotici alle specie invasive. 
Il laboratorio Ellner studia anche come gli organismi si evolvono in risposta ai cambiamenti ambientali. Ora sappiamo che importanti cambiamenti evolutivi possono avvenire in poche generazioni, e possono giocare ruoli importanti nel successo delle specie invasive e nella capacità delle specie native di persistere quando gli ambienti cambiano. L’evoluzione della resistenza agli antibiotici è anche una grande sfida per il controllo e il trattamento delle malattie infettive. Quindi, per le specie che speriamo di conservare, controllare o eliminare, non è sufficiente sapere come sono ora, dobbiamo anche prevedere come cambieranno. Il laboratorio lavora su come misurare l’importanza della rapida evoluzione, e prevedere quando si verificherà e quali saranno le conseguenze. Per testare le nostre teorie usiamo soprattutto ecosistemi artificiali di laboratorio, ma analizziamo anche dati a lungo termine da ecosistemi naturali e malattie infettive di esseri umani, coralli e altri organismi. La figura a sinistra è un confronto tra i risultati teorici e sperimentali su come la rapida evoluzione delle prede influisce sulle dinamiche predatore-preda.
L’acero da zucchero scomparirà dal paesaggio del Nordest? 
Le proiezioni sul riscaldamento del clima, insieme alle preferenze di temperatura tratte dall’attuale distribuzione degli alberi, hanno portato alcuni scienziati a prevedere che gli aceri da zucchero e rossi saranno sostituiti da specie forestali più calde negli Stati Uniti nord-orientali. L’acero da zucchero è la specie arborea più abbondante nelle foreste nord-orientali, con un’immensa importanza ecologica, economica e culturale. Il professor Brian Chabot e i suoi studenti hanno esaminato questa ipotesi con serie di dati a lungo termine e modellazione delle prestazioni degli alberi. Contrariamente alla previsione, hanno determinato che gli aceri stanno aumentando in abbondanza nella maggior parte degli stati e le presunte specie sostitutive stanno diminuendo. Anche altri fattori, come i cervi che consumano le piantine, influenzano significativamente l’abbondanza relativa delle specie di alberi. Hanno anche proiettato l’impatto del riscaldamento del clima sulla produzione di zucchero. L’impatto è modesto e può essere contrastato da pratiche alterate nella gestione delle foreste di zucchero d’acero. La gestione attiva delle foreste da parte dei proprietari terrieri interessati a mantenere l’acero nel paesaggio per ragioni economiche sarà un fattore chiave per contrastare gli effetti del cambiamento climatico.