Исследование реакции лесов на изменение света и температуры

Ученые Гарварда изучают северо-восточные леса на предмет потенциального "весеннего хаоса", который может быть спровоцирован изменением климата, нарушающим древние природные сигналы к росту.

Исследователи из Департамента организменной и эволюционной биологии и Арнольд Арборетума проверяют, будет ли более раннее наступление теплой погоды конфликтовать с генетической программой растений, настроенной на увеличение светового дня, а также на продолжительность и глубину зимних холодов.

Ученые собрали сотни черенков 28 различных видов в Массачусетсе и Квебеке и выращивали их в контролируемых условиях в климатических камерах Арнольд Арборетума, отслеживая реакцию каждого на различные уровни температуры и света.

Ключевые результаты и конфликт сигналов

Наиболее удивительные ранние результаты показывают, что виды, сильно реагирующие на световые сигналы (около половины протестированных), как правило, те же, что сильно реагируют и на температуру. Это может создать конфликт, если эти виды начнут распускать листья раньше из-за потепления, а затем достигнут точки, когда дни будут слишком короткими для дальнейшего развития.

• Критические вопросы: "Будет ли эта тенденция линейной? Будет ли весна просто наступать на три недели раньше каждые три десятилетия? Или наступит момент, когда мы действительно нарушим биологию этих систем, и растения не смогут отслеживать изменение климата из-за этого фотопериодического ограничения?" — говорит Элизабет Волкович.

Важность сроков и риски

Правильный выбор времени для весеннего роста критически важен для растения. Однако слишком раннее начало в сезон — во время потепления, когда дни еще коротки, а зиме остались недели — подвергает нежные почки риску заморозков.

Чувствительные виды и возможные сценарии

Согласно предварительным результатам, вишня, береза, бук, жимолость и голубика оказались чувствительными к температурным сигналам. Это означает, что по мере потепления климата эти растения, вероятно, начнут весенний рост раньше.

• Голубика и вишня также показали сильные фотопериодические ограничения, то есть может существовать предел того, насколько рано они будут расти. Если изменение климата сдвинет весну раньше этого предела, эти виды могут выпасть из общего ритма.

"Предварительные результаты предполагают, что для некоторых классических видов северо-востока они будут продолжать ускоряться долгое время, а затем мы не знаем, что произойдет: они могут просто остановиться и стать статичными", — отмечает Волкович. Более вероятный сценарий — нарушение их природных сигналов, что приведет к появлению листьев в неподходящее время в последующие годы.

Будущее лесов

• Лучший случай: Экосистемы останутся примерно intact, хотя, вероятно, сдвинутся во времени и пространстве.
• Худший случай: Важные виды, такие как дуб, клен и бук, не будут отслеживать изменение климата, поздно распустят листья, не смогут дать семена и понесут серьезные потери.

"Какие виды придут и заменят эти виды? Независимо от того, что произойдет, северо-восточный лес, который есть у вас сегодня, не будет тем лесом, который будет у ваших правнуков", — заключает Волкович.

Дальнейшие исследования

Ключевой вопрос также заключается в том, содержат ли отдельные виды деревьев популяции, чувствительные к местным условиям (например, генетически настроены ли дубы в южном Массачусетсе на более теплые условия и другую продолжительность дня, чем в северном Нью-Гэмпшире). Это может ограничить их способность реагировать на быстро меняющийся климат.

Пилотное исследование расширяется на две новые площадки для получения более точных данных о сигналах, пробуждающих виды зимой.