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

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.