Кустарники Арктики помогают решить экологическую загадку
15-летний эксперимент с карликовыми кустарниками в Гренландии даёт новое понимание давней экологической загадки: как виды со схожими потребностями и жизненными циклами сосуществуют на больших пространствах, но исключают друг друга на малых? Ответ на этот вопрос важен для прогнозирования того, как изменение климата может повлиять на распространение видов по всему миру.
Исследование опубликовано в журнале PNAS под руководством Калифорнийского университета в Дэвисе. Его результаты также раскрывают тенденции, связанные с секвестрацией углерода и углеродным обменом, по мере того как Арктика одновременно "зеленеет" и "буреет".
Расширение и исключение
Карликовая берёза и ива доминируют в арктическом ландшафте, покрывая одни и те же обширные территории, но при этом исключая друг друга в почти неразличимых микроареалах.
Исследование предполагает, что климат и взаимодействие видов работают вместе, способствуя распространению кустарников на больших масштабах и их исключению друг друга — на малых. В данном случае выпас северных оленей и овцебыков склоняет чашу весов в пользу одного вида на малых масштабах, но способствует их совместному произрастанию на больших.
Этот вопрос о разнообразии видов, совместном произрастании и исключении восходит к знаковой работе Роберта Х. МакАртура 1958 года. В том исследовании пять видов лесных певунов на северо-востоке США избегали друг друга, занимая разные части одного дерева.
"Это одно из самых легко наблюдаемых явлений в природе, — говорит ведущий автор Эрик Пост. — Наше исследование показывает, что одни и те же факторы могут действовать на больших и малых масштабах с противоположным эффектом".
Нагрев и исключение травоядных
В ходе 15-летнего эксперимента на полевой станции в Гренландии авторы регистрировали, как обилие и состав арктических кустарников менялись в ответ на экспериментальное потепление и на ограждение больших участков тундры для исключения травоядных (северных оленей и овцебыков).
Эксперимент подтвердил, что физические условия (например, климат) в сочетании с межвидовыми взаимодействиями формируют противоположные модели вариаций среди арктических кустарников на больших и локальных масштабах.
Климат и углеродный обмен
В Арктике становится теплее и во многих местах суше. Эти условия благоприятствуют иве, а не карликовой берёзе, даже несмотря на то, что берёза более распространена на месте исследования. Отсутствие крупных травоядных благоприятствует почти полному вытеснению ивы берёзой, однако потепление в таких условиях немного склоняет баланс обратно в пользу ивы. Текущая работа также указывает на изменения в численности оленей и овцебыков, предполагая, что овцебыки могут влиять на баланс между ивой и берёзой в условиях потепления.
То, как ива и берёза реагируют на такие изменения, повлияет на количество углерода, которое может быть запасено. Чем больше кустарников в Арктике, тем больше углерода поглощается из атмосферы. Разнообразие видов по тундре создаёт более эффективную "углеродную губку", чем один доминирующий вид кустарника.
"Древесные кустарники расширяются во многих, но не во всех регионах безлесной арктической тундры в процессе, называемом 'озеленением Арктики', — говорит Пост. — Мы наблюдаем преобразование чувствительного биома у нас под ногами".
Эта работа показывает, что крупные травоядные могут сложным образом взаимодействовать с расширением ареала кустарников, вызванным потеплением, потенциально формируя углеродный ландшафт.