Синхронизированные циклы деревьев помешали биологическому разнообразию
Соотношение межвидовой и внутривидовой конкуренции в лесу уменьшается на четверть процента с каждым градусом широты по мере приближения к экватору. Кроме того, в тропиках вегетативный период обычно длиннее, а это способствует разделению экологических ниш между видами. К таким выводам пришла международная группа биологов, искавшая объяснение тому факту, что по мере приближения к экватору биологическое разнообразие увеличивается. Работа опубликована в журнале Nature.
В тропических лесах на 0,5 квадратных километра произрастает больше видов деревьев, чем во всех умеренных лесах Европы, Северной Америки и Азии вместе взятых. Считается, что изменения широты создает географические различия в экологических и эволюционных процессах, а многие исследователи сообщают о том, что в тропиках выше диверсификация, скорость возникновения кладов (клада объединяет все ветви филогенетического дерева, происходящие от одного общего потомка), и выше степень их рассеивания. В связи с этим возникает вопрос: как все эти виды уживаются друг с другом, какие факторы способствуют сохранению видового разнообразия? Теорий на этот счет много, но подтверждающих их доказательств было собрано мало. Восполнить пробел взялась международная группа биологов. Они хотели показать, что различия в экологических процессах внутри биологических сообществ напрямую связаны с увеличением биологического разнообразия по мере приближения к экватору.
Для того чтобы конкурирующие виды сосуществовали в одном и том же сообществе, они должны отвечать одному фундаментальному требованию: внутривидовая борьба должны быть более напряженной, чем межвидовая. А эффект хранения гласит: для успешного сосуществования видов в сообществе необходимо, чтобы соблюдались три требования, одно из которых — наличие индивидуальных экологических реакций, то есть каждый вид должен по-своему реагировать на изменения среды, иначе это нарушит вышеназванное требование, сделав межвидовую борьбу слишком напряженной. Так, если год выдался скудным на какой-то из ресурсов, то при напряженной межвидовой конкуренции у обоих видов прорастет меньше семян, а если межвидовая конкуренция не высока, то недостаток ресурса скажется лишь на одном из видов. Об этом же говорит и принцип конкурентного исключения: если два вида сосуществуют, то между ними должно быть какое-то экологическое различие, от есть каждый из них занимает свою особую нишу.
Зная все это, ученые предположили, что эффект хранения лучше работает в тропических лесах, чем в умеренных или бореальных, поскольку более продолжительный вегетационный период в более низких широтах способствует сокращению синхронности в воспроизводстве видов из года в год, то есть у тропических видов разные циклы воспроизводства, и успехи каждого из них не зависят друг от друга.
Для проверки этих предположений биологи собрали данные десяти лесов, которые находились на разных широтах, от первого градуса южной широты до 65 градуса северной широты. В выборку вошли три тропических леса, три субтропических леса, три умеренных леса, и один бореальный лес. Данные включали информацию о том, сколько семян каждого вида было произведено помесячно, и о том, сколько из них проросло (за каждый год, каждый лес предоставил данные как минимум за шесть лет).
Чтобы проверить свою гипотезу, на основе этих данных ученые рассчитали коэффициент Aij, определяемый как пропорциональное сокращение межвидовой конкуренции по отношению к внутривидовой конкуренции, вызванное сокращением синхронности прорастания семян. Если Aij меньше единицы, то межвидовая конкуренция ниже внутривидовой, причем чем ниже значение коэффициента, тем выше потенциал для сосуществования видов. Но важен и обратный коэффициент, Aji, и их взаимодействие, AijAji. В конечный анализ вошли медианные значения последнего коэффициента — они характеризовали благополучие конкурентных условий в каждом лесу. Затем ученые посчитали синхронность, попарно сопоставив количества произведенных и количества проросших семян, и соотнесли средние данные по лесу с его широтой и со значением сезонности, которые ученые рассчитали по данным о климате региона.
Результаты демонстрируют сильную зависимость (R-квадрат = 0,83) коэффициента AijAji от широты, причем в низких широтах коэффициент оказался минимальным. В общем, средняя попарная межвидовая конкуренция по сравнению с внутривидовой ослабевает на 0,25 процента по мере приближения к экватору на один градус (P < 0,001). Коэффициент AijAji также связан с сезонностью и более длинным вегетационным периодом (P = 0,007). Синхронизация между видами в течение года была в среднем ниже в более низких широтах (P < 0,001). Также невысокая синхронность в тропических низкоширотных лесах связана с меньшей межвидовой конкуренцией по сравнению с внутривидовой.
Найденные связи могут объясняться сезонностью: поскольку обычно в лесах в низких широтах лето длится дольше, сезонные изменения не так велики, а вегетационный период длиннее, это, вероятно, помогает видам более свободно адаптироваться к переменчивым условиям среды и успешнее переживать неблагоприятные условия.
В рамках данной работы авторам удалось обнаружить линейную связь, но они считают, что новые исследования могут принести более точные результаты, которые будут учитывать и другие, более тонкие изменения окружающей среды. Они подчеркивают важность дальнейших исследований для поддержания биоразнообразия.
О биологическом разнообразии тропических лесов можно судить по отчету WFF. Но человек постоянно ставит его под угрозу, например, вырубая леса. С другой стороны, биоразнообразию могут помешать некоторые инвазивные виды растений и животных, например рыбки гуппи.
Анна Зинина
Благодаря воздействию на факторы транскрипции
Экстракт Mallotus furetianus значительно подавляет увеличение массы тела и жировой ткани и снижает риск развития жировой болезни печени у мышей. Как сообщается в журнале Food Science and Nutrition, экстракт in vitro подавлял экспрессию факторов транскрипции, которые участвуют в ранней дифференцировке преадипоцитов, из-за чего было снижено производство и накопление триацилглицеринов. Ученые по всему миру ищут средства терапии и профилактики ожирения, которое выступает основным фактором риска развития различных хронических заболеваний, особенно связанных с образом жизни. Подробнее об этих поисках можно прочитать в материале N + 1 «Больше не ешь». Внимание исследователей привлекают и растительные препараты, которые показывали свой эффект для снижения массы тела и жировой ткани. В частности, это происходило за счет влияния на факторы транскрипции или сигнальные пути, которые происходят на ранних стадиях развития и дифференцировки жировой ткани — адипогенеза. В частности, сообщалось, что ресвератрол из красного вина снижает активность адипогенеза за счет подавления активности фактора некроза опухоли-α в преадипоцитах. Однако подробные механизмы подавления дифференцировки адипоцитов остаются неясными. Акико Кодзима-Юаса (Akiko Kojima-Yuasa) с коллегами из Столичного университета Осаки исследовали эффекты Mallotus furetianus — вида тропического растения семейства молочайных, произрастающего на острове Хайнань в Китае, который традиционно используют в народной медицине при заболеваниях желчного пузыря. Также сообщалось, что экстракт листьев этого растения оказывает антиатеросклеротический и антистеатозный эффект. Сначала они кормили несколько групп мышей высококалорийной или обычной диетой с добавлением 0,24-процентного экстракта Mallotus furetianus или без него. Масса тела мышей, получавших высококалорийную диету, была значительно выше по сравнению с мышами, которые получали обычную диету. Однако масса тела мышей, получавших высококалорийную диету с экстрактом, была значительно ниже, чем масса мышей, получавших только высококалорийную диету. Такие же закономерности ученые нашли для массы жировой ткани придатка яичка и забрюшинного жира. Размер адипоцитов у мышей, получавших высококалорийную диету, был значительно больше по сравнению с контрольными мышами. Однако у мышей, получавших дополнительно с высококалорийной диетой экстракт Mallotus furetianus, размер адипоцитов был значительно меньше. Кроме того, у мышей с ожирением в гепатоцитах накапливались липидные капли, что указывало на развитие стеатоза печени. Этого не наблюдалось у мышей, получавших растительный экстракт. Затем ученые обнаружили, что экстракт снижает активность биосинтеза и накопление триглицеридов. Поскольку известно, что на ранних стадиях дифференцировки адипоцитов экспрессируется фактор транскрипции C/EBPβ, ученые исследовали, как экстракт влияет на его экспрессию через 48 часов после инициации дифференцировки преадипоцитов. Оказалось, что уровень экспрессии гена C/EBPβ оставался неизменным даже при добавлении экстракта, однако снизилась концентрация самого фактора в клетке. В адипоцитах повышенная экспрессия C/EBPβ приводит к индукции других факторов транскрипции — PPARγ и C/EBPa, — которые являются главными регуляторами дифференцировки адипоцитов. Добавление экстракта Mallotus furetianus снижало как уровень экспрессии гена, так и уровень белков PPARγ и C/EBPa. То есть экстракт подавляет экспрессию C/EBPβ посредством посттрансляционных модификаций, что приводит к подавлению транскрипции PPARγ и C/EBPa. Дополнительные анализы показали, что экстракт подавляет фосфорилирование внеклеточных сигнально-регулируемых киназ и снижает уровень экспрессии гена SENP2, потенциально влияя на стабильность и активность белка C/EBPβ. Потенциально экстракт Mallotus furetianus может стать эффективным лекарством для лечения ожирения у людей, однако для этого необходимо проверить профиль его безопасности. Врачи находят у ожирения неожиданные негативные эффекты на здоровье. Например, недавно британские ученые выяснили, что у людей с ожирением значительно снижается продолжительность защитного эффекта вакцин от ковида.