Зменшення біорізноманіття змушує рослини цвісти раніше

Зменшення біорізноманіття змушує рослини цвісти раніше

Зсув цвітіння рослин на більш ранній час вважається одним з очевидних наслідків глобального потепління. Виявляється, рослини можуть зацвітати раніше також у відповідь на зменшення числа інших видів, що ростуть разом з ними. Причому цей ефект не пояснюється одним лише опосередкованим впливом зміни факторів неживої природи, також супроводжуючих зменшення різноманітності.

Один з найбільш помітних проявів впливу глобального потепління на органічний світ Землі — поступовий зсув термінів цвітіння рослин на більш ранній час, від декількох днів до тижнів. Існують і експериментальні дані, які показують, що підвищення температури призводить до більш раннього цвітіння. Однак очевидно, що фенологія рослин — так називають систему знань про сезонні явища в природі, а також і самі сезонні явища — не визначається лише температурою. І хоча фенологічні дослідження перш за все фокусуються на абіотичних факторах, що відносяться до неживої природи, біотичні фактори навколишнього середовища також можуть впливати на терміни цвітіння. Серед іншого до біотичних факторів належать склад, чисельність і різноманітність угруповань — вони також змінюються під дією глобальних змін, які відбуваються на нашій планеті.

Зміна складу угруповання може змінювати фенологію опосередковано, через зміну абіотичних факторів (таких, як вологість ґрунту і кількість доступних мінеральних речовин в ґрунті), проте точно не відомо, чи достатньо цього для пояснення спостережуваних зсувів термінів цвітіння. Можна припустити і існування прямого впливу рослин одна на одну. Тим більше що відомо, що рослини однієї місцевості розподіляють між собою час цвітіння, що сприяє зниженню конкуренції за запилювачів і міжвидового перенесення пилку. Втім, розподіл часу цвітіння прийнято пояснювати довготривалою дією природного добору, а не швидкою реакцією на зміну умов за рахунок фенотипічної пластичності.

Безпосередньо оцінити, як зниження біорізноманіття впливає на час цвітіння рослин, вирішила група вчених з декількох наукових закладів Каліфорнії (США) на чолі з Амалією Вольф. Для цього вони змінювали число видів на окремих ділянках трав'янистих угруповань, що ростуть на серпентиновому ґрунті природного парку Койот-рідж (Coyote Ridge Open Space Preserve) біля міста Сан-Хосе в Каліфорнії. Серпентиновий ґрунт містить важкорозчинні силікати магнію, які повільно руйнуються. Дослідників цікавили три питання: 1) чи впливає зміна числа видів в рослинному угрупованні на терміни цвітіння; 2) як цей вплив пов'язаний з впливом зміни біорізноманіття на абіотичні фактори і 3) чи впливає зміна різноманітності на розподіл часу цвітіння всередині сезону.

Окремі експериментальні ділянки являли собою кола діаметром 58 см, в середині яких росло 16, 12, 8, 5 або 2 види рослин. Крім того, кожен вид вирощувався в монокультурі (як контрольна група). Дослідники використовували два методи зменшення різноманітності: в одному випадку рослини видалялись в порядку зникання із угруповання при посусі, в іншому — вибуваючі визначались випадково. Але оскільки відмінностей між цими варіантами виявлено не було, дані об'єднали. З шістнадцяти видів дев'ять були обрані об'єктами дослідження: Stipa pulchra, Muilla maritima, Plantago erecta, Festuca microstachys, Lasthenia californica, Eschscholzia californica, Layia gaillardioides, Acmispon wrangelianus та Cryptantha flaccida. Вчені вимірювали терміни пікового цвітіння цих рослин, підраховуючи число розкритих квіток в період з лютого по травень. Паралельно дослідники вимірювали кілька абіотичних показників: кількість доступного ґрунтового азоту, вологість ґрунту і температуру поверхні ґрунту.

Виявилось, що зменшення біорізноманіття призводило до більш раннього піку цвітіння у досліджуваних рослин — в середньому на 0,6 днів на один втрачений вид. Однак різні види неоднаково реагували на цей фактор: п'ять з дев'яти досліджених видів цвіли раніше, а ось один з них, Layia gaillardioides, цвів пізніше. У трьох видів ефект виявився незначним (проте вони також показали тенденцію до більш раннього цвітіння).

Абіотичні чинники також змінювались при зменшенні числа видів на ділянці, що співпадає з результатами багатьох попередніх досліджень. Щоб розділити дію біотичних і абіотичних факторів, дослідники статистично оцінили їх внесок в загальний зсув часу цвітіння, а також розрахували їх вплив на цвітіння окремих видів. З чотирьох чинників (біорізноманіття, а також трьох абіотичних параметрів — кількості доступного ґрунтового азоту, вологості ґрунту і температури поверхні ґрунту) на загальний фенологічний зсув значимо не впливав тільки доступний ґрунтовий азот.

Час цвітіння під впливом зменшення біорізноманіття в угрупованні сильніше знижувався у видів з більш широким розподілом часу пікового цвітіння. Нарешті, з'ясувалось, що в міру збільшення біорізноманіття періоди цвітіння стали більш розмазаними в часі: час між піками цвітіння для різних видів на ділянках з високою різноманітністю був розподілений більш рівномірно, ніж можна було б очікувати на основі даних по їх цвітінню в монокультурі, де вони росли на самоті. Такий же ефект спостерігався і на рівні окремих видів.

Результати цього дослідження ще чекають осмислення. Автори не пояснюють, як зменшення біорізноманіття може впливати на фенологію, але наводять кілька гіпотез. Вплив може бути непрямим, через абіотичні фактори (можливо, через ті, які вони безпосередньо не вимірювали, — інакше б ефект різноманітності не виявився б таким значущим), або, можливо, через зміни в меншому просторовому і часовому масштабі, ніж були виміряні в даному дослідженні. Або вплив може бути прямим, через обмін хімічними сигналами між рослинами (втім, автори пишуть, що на даний момент не відомо сигналів, які могли б пов'язувати склад угруповання і цвітіння).

Але яким би не був механізм цього явища, зменшення різноманітності може бути однією з причин більш раннього цвітіння рослин під впливом глобального потепління — масштаби спостережуваних фенологічних зсувів виявляються схожими. Зокрема, отримані результати можуть пояснювати, чому експерименти з вирощування рослин при підвищеній температурі недооцінюють вплив глобального потепління на фенологію.

Цікаво, що в даному дослідженні спостерігалось явище, схоже на згадуваний вище розподіл часу цвітіння між спільно ростучими видами. Втім, як вже говорилось, зазвичай це вважають результатом генетичних змін, а не фенотипічної пластичності (в деяких випадках це навіть показано прямо) — але в даному експерименті джерело насіння для всіх ділянок було однаковим, тому генетична мінливість не повинна була чинити істотний вплив. Втім, рослини трав'янистих угруповань серпентинового ґрунту відрізняються високою пластичністю, що може бути адаптацією до високої міжрічної мінливості рівня опадів і складу угруповання.

Ще один важливий результат дослідження — незважаючи на загальний висновок про зсув часу пікового цвітіння на більш ранній термін, не всі види реагують абсолютно однаково на зменшення біорізноманіття. Сила їх реакції виявляється залежною від, знову ж таки, фенотипічної пластичності, вираженої в розподілі часу цвітіння. Цікаво, що в даному дослідженні не проявилась відома за попередніми роботами закономірність: фенологічний зсув сильніший у найбільш ранньоквітучих рослин. Більше того, дослідники не змогли пояснити і незвичайну реакцію Layia gaillardioides — виду, який став цвісти пізніше на бідніших на види ділянках. Автори прямо пишуть про відсутність пояснення цього факту і вважають це вказівкою на те, що фенологія рослин високо мінлива і залежить від багатьох факторів, частина з яких, можливо, залишається поза увагою дослідників.

В цілому, дана робота показує, що глобальні зміни, які спостерігаються в біосфері, набагато складніші, ніж простий вплив підвищення температури при глобальному потеплінні. Разом з цим змінюються і інші абіотичні фактори, змінюється склад угруповань (до цього може докласти руку і людина, свідомо чи мимоволі знищуючи одні види і заносячи інші) — і знання реакції організмів на ці зміни необхідні для адекватної оцінки можливих наслідків.

 

 

Коментарі

Ввійдіть або зареєструйтесь, щоб залишати коментарі.
Читайте також

Всесвітнє сховище насіння в Шпіцбергені, яке іноді називають «сховищем кінця світу», може стати останньою надією людства на виживання після глобальної катастрофи. Втім, хоч його місія й полягає в тому, щоб зберегти насіння планети, сховище не задумувалось для перезасівання постапокаліптичного світу.

X

Вхід

Завантажую...