Как изменение климата нарушает экосистемы

Из-за глобального потепления многие организмы, характерные для низких широт или высот, перемещаются выше.

Однако появление новых организмов в среде обитания может нарушить экологический баланс, установившийся за долгий период. Растения и травоядные характеризуются длительной коэволюцией, которая формирует как их географическое распространение, так и характеристики в местах обитания.

На больших высотах это проявляется в том, что насекомые-фитофаги обычно менее многочисленны, а растения, в свою очередь, хуже защищены от них из-за меньшего количества энергии и более короткого вегетационного периода. Напротив, виды растений с низких высот защищаются от более многочисленных и разнообразных фитофагов с помощью шипов, колючек, волосков или токсичных веществ. Изменение климата может нарушить эту экологическую организацию.

Кузнечики, перемещённые на большие высоты

В эксперименте исследователи из ETH Zurich, Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта (WSL) и Университета Невшателя изучили, что может произойти, если фитофаги — в данном случае различные виды кузнечиков со средних высот — поселятся на альпийских лугах и столкнутся там с новыми растительными сообществами. Исследование опубликовано в журнале Science.

Исследователи переместили различные виды кузнечиков со средних высот (1400 м над уровнем моря) на три участка альпийских лугов на высотах 1800, 2070 и 2270 м, где поместили насекомых в клетки. Местные кузнечики были предварительно удалены с экспериментальных площадок. Эксперимент проводился в регионе Анзенда в Водуазских Альпах, Швейцария.

В исследовании измеряли, как изменились биомасса, структура и состав альпийских растительных сообществ под влиянием насекомых-фитофагов. Также изучалось, были ли некоторые виды растений более уязвимы, например, растения с более жёсткими листьями или содержащие больше кремнезёма, фенолов или танинов.

Кузнечики с низкогорий влияют на альпийское сообщество

Экологи обнаружили, что пищевое поведение кузнечиков явно повлияло на структуру растительности и состав альпийской флоры. Альпийские сообщества имеют чёткую структуру организации полога: растения с жёсткими листьями вверху и более теневыносливые растения с мягкими листьями внизу. Но эта естественная организация была нарушена, поскольку перемещённые кузнечики предпочитали питаться более высокими и жёсткими альпийскими растениями, которые имели функциональные характеристики (структура листа, содержание питательных веществ, химическая защита или форма роста), схожие с их прежними растениями-хозяевами с низких высот. В результате насекомые сократили биомассу доминирующих жёстких альпийских растений, что, в свою очередь, способствовало росту низкорослых видов растений, которых фитофаги избегают. Таким образом, общее разнообразие растений в краткосрочной перспективе увеличилось.

«Вселенцы-фитофаги потребляют определённые растения на новом месте, и это изменяет и перестраивает конкурентное взаимодействие между этими альпийскими видами растений», — говорит первый автор исследования Патрис Дескомб. Глобальное потепление, например, может нарушить экологический баланс, потому что подвижные животные, включая многих насекомых-фитофагов, могут расширить свой ареал обитания на большие высоты быстрее, чем малоподвижные растения. Следовательно, фитофаги с низких высот могут легко обосноваться в альпийских местообитаниях, где местные растения недостаточно или совсем не подготовлены к защите от новых травоядных. Это может изменить текущую структуру и функционирование альпийских растительных сообществ в целом. Таким образом, изменение климата будет оказывать косвенное воздействие на экосистемы в дополнение к прямым последствиям повышения температуры.

Важные драйверы изменённых экосистем

Для Лоика Пелисье, профессора ландшафтной экологии ETH Zurich и WSL, этот косвенный эффект изменения климата на экосистемы — один из самых важных выводов исследования: «Исследования воздействия климата в основном изучали прямое влияние температуры на экосистемы, но эти новые взаимодействия, возникающие между видами, перемещающимися в новые места обитания, могут вызывать важные структурные изменения. Они являются важными драйверами изменённых экосистем во всё более тёплом климате».

Своими результатами исследователи также хотят улучшить модели, которые до сих пор недостаточно интегрировали такие процессы. Они также надеются, что это улучшит прогноз того, как изменение климата повлияет на функционирование экосистем и предоставляемые ими услуги.