Новое объяснение доминирования видов-генералистов среди тропических деревьев

В тропических лесах большинство молодых деревьев растут пространственно независимо от родительских деревьев. Это означает, что невозможно предсказать, где укоренятся сеянцы, и менее специализированные виды получают преимущество даже в видово-богатых тропических лесах. К такому выводу пришло исследование, проведенное учеными из Центра экологических исследований имени Гельмгольца (UFZ), Калифорнийского университета и Смитсоновского института тропических исследований, результаты которого были опубликованы в престижном журнале Proceedings of the Royal Society B.

Для исследования ученые оценили данные шести лесных переписей, проведенных за последние десятилетия на острове Барро-Колорадо в Панамском канале. В этом низменном тропическом лесу площадью 50 га растет 300 различных видов деревьев. На участке 1000 x 500 метров были отобраны 65 видов. Каждый вид был представлен как минимум 50 молодыми особями и 50 взрослыми, чтобы исключить статистические ошибки.

Исследователи проанализировали пространственное распределение между поколениями и не обнаружили пространственной связи между родительскими деревьями и их потомством примерно у трех четвертей видов. «Этот результат очень удивителен, потому что распространение семян в этом тропическом лесу обычно очень ограничено, и мы ожидали бы, что потомство будет расти близко к родительским деревьям», — объясняет д-р Штефан Гетцин из UFZ. Исследователи называют наблюдаемый ими паттерн «пространственной независимостью» и считают, что он проистекает из случайных пространственных процессов, включая распространение семян животными. Стохастические пространственные процессы нарушают классическую экологическую теорию предсказуемой зависимости, что приводит к фактической независимости.

Результаты исследования поддерживают «нейтральную теорию», разработанную Стивеном П. Хаббеллом из Калифорнийского университета, который также участвовал в этой работе. Нейтральная теория пытается объяснить биоразнообразие тропических лесов упрощенным предположением, что все виды деревьев ведут себя одинаково. Стохастические процессы играют в этой теории важную роль. В видово-богатых лесах у каждого дерева случайные соседи. По мнению Хаббелла, виды стали генералистами, потому что не знают, с какими соседями им придется конкурировать. Новое исследование показывает, что стохастические влияния также играют важную роль в определении местоположения молодых деревьев, то есть типа среды обитания, в которой они будут расти, что снова превращает виды деревьев в генералистов.

Данные из низменного тропического леса Панамы и координаты деревьев из горного тропического леса Шри-Ланки представляют собой уникальный ресурс. В этих двух лесах Смитсоновский институт тропических исследований и бесчисленные волонтеры годами регистрировали каждое дерево диаметром больше карандаша на участках от 25 до 50 гектаров. Лесная перепись проводится каждые пять лет, поэтому, вероятно, ни один другой лес в мире не задокументирован так хорошо, как эти два. Они представляют уникальные возможности для исследователей биоразнообразия изучить взаимодействия между различными видами растений. Исследователи UFZ используют для этого такие модели тропического леса, как FORMIND и FORMIX3. «Наша модель охватывает от 50 000 до 100 000 деревьев, и каждое изменение должно быть рассчитано для каждого дерева. Это приводит к двум миллионам наборов параметров для каждого прогона моделирования, что занимает неделю или две даже на высокопроизводительных компьютерах», — объясняет д-р Торстен Виганд из UFZ.

Недавно опубликованные результаты являются частью проекта Spatiodiversity. Команда из десяти ученых под руководством экспертов по моделированию UFZ д-ра Торстена Виганда и проф. Андреаса Хута в течение последних пяти лет анализировала экосистемы с помощью компьютерных моделей, чтобы изучить состав и динамику видово-богатых сообществ в тропических лесах. Исследование получило более двух миллионов евро финансирования от Европейского исследовательского совета (ERC), поскольку достижения в этой области важны для защиты биоразнообразия в контексте изменений климата и землепользования, а также для расчета углеродного баланса.