Kiedy Charles Darwin po raz pierwszy popłynął w tropikach na pokładzie HMS Beagle w 1835 roku, był oszołomiony. 26-letni przyrodnik spodziewał się znaleźć taki sam poziom różnorodności roślin i zwierząt, jaki pozostawił na wyższych szerokościach geograficznych Plymouth w Anglii. Zamiast tego na balsamicznych wyspach Galapagos znalazł mnóstwo dziwnych i różnorodnych stworzeń, które dobrze się rozwijają.
powiązana zawartość
- Jak tysiącletnie drzewa stały się nową kością słoniową
- Jak naukowcy i grupy tubylcze mogą współpracować w celu ochrony lasów i klimatu
- Dlaczego 10 codziennych ton kupy mrówek utrzymuje kwitnienie tego lasu deszczowego
Wiosłując na brzeg w celu eksploracji, Darwin zanotował w swoich notatkach, że liczba różnych mieszkańców „warzyw i zwierząt” na maleńkich tropikalnych wyspach była uderzająco wyższa niż w innych miejscach podczas jego podróży. Zastanawiał się: jak to możliwe, że tropiky wydają się posiadać o wiele większą różnorodność niż bardziej północne lasy Europy? Czy te ciasno upakowane stworzenia nie powinny już dawno walczyć z wyginięciem?
Darwin nigdy nie znalazł odpowiedzi na tę konkretną tajemnicę (w końcu miał wiele na głowie), więc pytanie trwało przez kolejne stulecie. Wreszcie na początku lat 70. dwóch ekologów niezależnie wysunęło tę samą hipotezę, aby wyjaśnić tajemnicze zjawisko - przynajmniej drzewa.
Daniel Janzen i Joseph Connell przedstawili pozornie intuicyjne wyjaśnienie. Być może, jak twierdzili, zdumiewająca różnorodność roślin, którą znajdujemy w lasach tropikalnych, jest możliwa dzięki dwóm czynnikom: obecności „naturalnych wrogów”, którzy atakują określone gatunki i utrzymują pod kontrolą liczebność populacji, oraz tendencji młodych ludzi z jednego gatunku do osiedlania się daleko od rodziców, poza zasięgiem tych drapieżników.
Do niedawna badacze byli w stanie udowodnić, że hipoteza Janzen-Connell sprawdza się w zlokalizowanych badaniach. Problem polegał na tym, że nie mieli dostępu do rodzaju globalnych zbiorów danych niezbędnych do wyjaśnienia szerszego planetarnego wzoru malejącej różnorodności od równika do biegunów. Teraz, w nowym badaniu opublikowanym w zeszłym tygodniu w czasopiśmie Science, naukowcy pokazują, że ten hipotetyczny mechanizm jest rzeczywiście odpowiedzialny za globalne trendy w różnorodności biologicznej lasów.
Myers trzyma sadzonki drzew tropikalnych w amazońskim lesie deszczowym w Peru. (Jonathan Myers) W ubiegłym roku ekolodzy leśni Jonathan Myers i Joe LaManna udali się na warsztaty w Hainan w Chinach, koncentrując się na analizie danych generowanych przez Smithsonian's Forest Global Earth Observatory (ForestGEO), sieć 60 lasów na całej planecie, które są wyczerpująco monitorowane. Myers i LaManna, obaj z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w Saint Louis w stanie Missouri, wiedzieli, że ForestGEO może dostarczyć globalny zestaw danych, których potrzebują, aby odpowiedzieć na pytanie, które dokuczało im i innym ekologom od czasu podróży Darwina.
„Jedną z uderzających różnic między klimatem umiarkowanym a tropikami jest to, że wszystkie te„ dodatkowe ”gatunki są bardzo rzadkie”, mówi LaManna, doktorant i pierwszy autor nowego badania. Weź pod uwagę, że lasy o klimacie umiarkowanym mogą być upakowane od ściany do ściany sekwojami, podczas gdy w tropikach występuje mnóstwo unikatowych drzew, które często występują w oderwaniu od innych gatunków. „Jak te rzadkie gatunki mogą przetrwać w obliczu wyginięcia?” - pyta Myers, profesor biologii i współautor badań.
Odpowiedź na to pytanie wymagała ogromnego przedsięwzięcia. Zestaw danych zawierał 2, 4 miliona drzew z 3000 gatunków w bardzo dokładny sposób, aby zapewnić porównywalność w każdym lesie. Ponad 50 współautorów z 41 instytucji, w tym Smithsonian, przeanalizowało następnie dane, które obejmowały 24 działki ForestGEO na całej planecie. „To było dużo” - mówi LaManna. „Każdy pień o średnicy do jednego centymetra jest mapowany, mierzony, oznaczany i identyfikowany”.
Wysiłek herkulesowy się opłacił. Po przeanalizowaniu danych odkryli zaskakujący trend: na obszarach o większej liczbie dorosłych drzew było mniej młodych sadzonek tego samego gatunku. Ten wzór był uderzająco bardziej wyraźny w tropikach niż w regionach umiarkowanych, z których pobrali próbki.
Oznacza to, że w przeciwieństwie do ekosystemów o większych szerokościach geograficznych, w pobliżu drzew równikowych rzadziej występuje współistnienie sąsiadów z tej samej rodziny. To tak, jakby w pewnym momencie rodzice drzewa i ich młode drzewka jednogłośnie zgodziły się, że nadszedł czas, aby wyprowadzić się z piwnicy. Z wyjątkiem lasu, mieszkając dalej od siebie, nie tylko drzewa rodzicielskie mogą rozkoszować się swoim pustym gniazdem. Dla gatunku to kwestia życia i śmierci.
„W przypadku drzew jest to mniej bezpośredni wpływ drzewa rodzicielskiego na potomstwo” - mówi Myers. „Jest to pośredni efekt, w którym naturalni wrogowie atakujący dorosłych również atakują potomstwo”. Tymi wrogami mogą być patogeny, drapieżniki nasion lub zwierzęta roślinożerne atakujące jeden gatunek. Tak jak gęsta populacja ludzi w miastach umożliwia szybkie rozprzestrzenianie się chorób zakaźnych, tak wrogowie ci mogą szybko zdewastować gęsty las tego samego gatunku.
Jeśli twoje drzewka opadną dalej, jest mniej prawdopodobne, że którykolwiek wróg je zniszczy. „Uważasz, że wrogowie mają zły wpływ na drzewa, szczególnie te o niskiej liczebności” - mówi LaManna. „Ale mogą być silną siłą stabilizującą - [wrogowie] mogą je buforować i powstrzymać przed wymarciem”. Można powiedzieć: z takimi wrogami, kto potrzebuje przyjaciół?
„Zmieniłem sposób, w jaki myślę o ekologii” - mówi Myers. „Wróg może faktycznie mieć korzystny wpływ na utrzymanie rzadkich gatunków w tych społecznościach, szczególnie w tropikach”.
Roślinożerne drapieżniki zostawiają dziurawe liście w Madidi w Boliwii. (Jonathan Myers) Dane dostarczają przekonujących wyjaśnień, dlaczego widzimy nasze globalne wzorce różnorodności biologicznej, które robimy, mówi Gary Mittelbach, ekolog leśny i profesor biologii integracyjnej na Uniwersytecie Stanowym Michigan, który nie był zaangażowany w badanie. „Fakt, że byli w stanie pokazać to na całym świecie za pomocą standardowych metod, pomaga utrwalić ten pomysł”, mówi Mittelbach.
Jedną ze słabości tego badania jest to, że choć sugeruje to globalny trend, nie ma próbek z północnej Europy Środkowej lub z południowej Papui Nowej Gwinei. „Żałuję, że nie ma więcej [lasów] w Azji i Europie, więc nie wszystkie te o dużych szerokościach geograficznych znajdują się w Ameryce Północnej”, mówi Mittelbach. Jednak pomimo braku próbek z dużych szerokości geograficznych „nadal jestem dość przekonany o tym wzorze”, mówi.
Chociaż badacze z powodzeniem wykazali, że trend przedstawiony przez Janzena i Connella jest prawdziwy, pozostaje pytanie, co dokładnie powoduje, że tropik jest tak różnorodny.
Myers spekuluje, że stabilność klimatu tropikalnego może przyczynić się do jego bogatej różnorodności biologicznej, w porównaniu do drastycznych zmian, które miały miejsce w czasie geologicznym na wyższych szerokościach geograficznych. „W ostatnich tysiącach lat było znacznie więcej zakłóceń w strefie umiarkowanej”. Przez „zamieszanie” Myers oznacza pokrywy lodowe, które w przeszłości Ziemi wielokrotnie spychały się przez Amerykę Północną.
W tropikach nie doszło do takich zakłóceń. Naukowcy przypisują wysokie reprodukcje i niskie wskaźniki wyginięcia tropikalnym gatunkom roślin i zwierząt względnie wygodnemu klimatowi. Do tej pory sprawdzało się to dobrze, ale lasy na całym świecie zmieniają się w wyniku bardziej niestabilnych zmian klimatu. Na przykład, gdy wyższe szerokości geograficzne stają się cieplejsze, umiarkowane drzewa migrują powoli na północ.
„Może występować bezpośredni lub pośredni wpływ klimatu na mediację siły interakcji biotycznych między wrogami a drzewami” - mówi Myers. „Tam, gdzie jest cieplej lub wilgotniej, można oczekiwać, że patogeny będą miały większy wpływ”.
Globalny trend, który odkryli ci naukowcy, pokazuje, jak różnorodność życia biologicznego na Ziemi może zależeć od interakcji na małą skalę. „Ten mechanizm jest procesem w skali globalnej, a mówimy o interakcjach między dorosłymi, młodymi i ich wyspecjalizowanymi wrogami w skali 10 metrów”, mówi LaManna. „Ta interakcja na bardzo lokalną skalę przyczynia się do wzorca różnorodności biologicznej na całym świecie”.
