Биогеографические закономерности разнообразия папоротников

Земля является домом для миллионов известных видов растений и животных, но они распределены крайне неравномерно. Например, тропические леса покрывают менее 2% поверхности Земли, но в них обитает 50% видов. Океаны занимают 71% поверхности, но содержат лишь 15% видов. Вопрос о причинах такого неравномерного распределения видов остаётся ключевым для науки.

В исследовании, опубликованном 16 февраля в Journal of Biogeography, международная команда учёных под руководством Джейкоба С. Суиссы из Гарвардского университета провела первую глобальную оценку разнообразия папоротников. Работа объединила оцифрованные данные гербариев, генетические и климатические данные, чтобы определить, где встречается большинство видов папоротников и почему.

Методология и ключевые находки

Исследователи использовали недавно оцифрованные коллекции естественной истории, создав базу данных из более чем миллиона образцов папоротников с координатами по всему миру. После очистки данных осталось около 800 000 записей. Землю разделили на сетку ячеек размером один градус широты на долготу и определили количество видов в каждой ячейке.

Основной вывод: 58% видов папоротников сосредоточены в восьми преимущественно горных "горячих точках" биоразнообразия, которые занимают всего 7% площади суши Земли. Эти регионы:

• Большие Антильские острова
• Мезоамерика
• Тропические Анды
• Гвианское нагорье
• Юго-Восточная Бразилия
• Мадагаскар
• Малезия
• Восточная Азия

"Естественно-исторические коллекции — это первичные данные для всех исследований биоразнообразия и основа этого исследования", — отметил соавтор Майкл А. Сандуэ.

Роль горных экосистем

Внутри этих "горячих точек" повышенное разнообразие усиливается на высотах более 1000 метров над уровнем моря. Пик видового богатства на единицу площади наблюдается на высотах от 2000 до 3000 метров.

"Мы считаем, что это связано с уникальной экосистемой, которая встречается в этом высотном поясе, — тропическим горным (облачным) лесом", — объяснил Суисса.

Многие папоротники являются эпифитами, то есть растут на ветвях деревьев. Исследователи полагают, что именно эпифиты объясняют пик видового богатства на средних и верхних высотах в тропиках.

Причины быстрого видообразования

Анализ экологических данных показал сильную корреляцию между увеличением климатического пространства и ростом видового богатства и скорости видообразования в каждой "горячей точке". Это говорит о том, что папоротники в тропических горах образуют новые виды быстрее, чем в других регионах.

"Для папоротников именно тропические и субтропические горы содержат непропорционально большое количество быстро диверсифицирующихся видов относительно занимаемой ими площади", — сказал Суисса.

Ключевой фактор — изменение среды обитания по высотным градиентам: от жаркого климата у подножия до постоянного холода на вершине. Это создаёт множество различных экосистем на небольшом географическом пространстве. В отличие от умеренных регионов, в тропиках низкая температурная сезонность, поэтому каждая высотная зона остаётся примерно одинаковой температуры круглый год. Это затрудняет перемещение видов между зонами, если они адаптированы к определённому участку горы, и способствует быстрому видообразованию.

В будущем исследователи планируют провести более детальные популяционные исследования на молодых тропических горах, чтобы проверить эти гипотезы, а также продолжить расширять оцифровку музейных коллекций.