Глобальное потепление и массовые вымирания: чему нас могут научить растения последнего ледникового периода
Глобальное потепление вызывает быструю потерю видов растений — по оценкам, с 1750 года вымерло около 600 видов растений, что вдвое превышает число потерянных видов животных. Но какие виды страдают больше всего? И как изменённое биоразнообразие влияет на взаимодействия между растениями?
Эксперты из Института Альфреда Вегенера исследовали эти вопросы и в двух недавних исследованиях представили ответы, найденные в прошлом. Это сравнение может дать намёк на то, что ожидает нас в будущем. Оба исследования опубликованы в Nature Communications.
«Все знают, что шерстистый мамонт вымер, но почти никто не упоминает растения, потерянные в конце последнего ледникового периода», — говорит профессор Ульрике Херцшух из Института Альфреда Вегенера. «До недавнего времени у нас не было подходящих методов для детального изучения вымирания видов растений».
В качестве ископаемых растительных остатков в основном использовалась пыльца, которая не позволяет идентифицировать отдельные виды и, следовательно, не даёт доказательств того, какие виды вымерли. «Используя передовые методы, мы проанализировали древнюю ДНК из кернов отложений, взятых из озёр на Аляске и в Сибири, что позволило нам реконструировать изменения растительности в этих регионах».
Керны содержат фрагментированную ДНК из отложенной растительной биомассы за последние 30 000 лет, которую эксперты обогатили, секвенировали и сравнили с базами данных для идентификации в специальных лабораториях для работы с древней ДНК.
Температура может изменить взаимодействие растений
«Теперь мы смогли детально определить, когда и где виды появлялись и исчезали на Аляске и в Сибири», — говорит Херцшух. «Наше исследование показывает, что состав видов растений существенно изменился в конце последнего ледникового периода, и это сопровождалось фундаментальными изменениями экологических условий».
Исследователи выявили связь между температурой и взаимодействием растений: в холодные климатические периоды виды растений поддерживают друг друга, а в тёплые периоды в основном конкурируют. «В ДНК из озёрных отложений мы обнаружили, например, много подушкообразных растений, которые, скорее всего, поддерживали распространение других видов, формируя защищённые местообитания», — говорит Херцшух. Это влияет как на биоразнообразие, так и на размер ареала.
В более тёплом климате доминируют древесные виды растений: «Сегодня мы видим, что разнообразие растений снижается из-за миграции деревьев и кустарников в тундровые регионы, тогда как в холодные периоды преобладало более высокое разнообразие растений».
Что это говорит нам об изменениях растительности в высоких широтах, где подушкообразные растения всё ещё играют ключевую роль сегодня? В современной Арктике эта поддерживающая функция может фактически угрожать их собственному выживанию. «Поскольку потепление в Арктике уже значительно продвинулось, древесные растения могут выживать даже в высоких широтах. Подушкообразные растения могут способствовать их распространению, ускоряя при этом собственное вымирание».
Какие виды растений находятся в особой опасности?
Конец последнего ледникового периода также привёл к полному исчезновению некоторых типов растительности — как смогли подтвердить эксперты, используя свои новые методы. Например, мамонтовая степь: во время последнего ледникового периода этот тип растительности распространился по Северному полушарию, чтобы затем вымереть при переходе к текущей эпохе. В этом отношении идентификация вымерших видов растений была особенно сложной.
«Чтобы определить виды, которых больше не существует, нам пришлось использовать трюк», — объясняет Херцшух. Обычно виды идентифицируются на основе фрагментов ДНК, которые сравниваются с записями в генетических базах данных. Но эти базы данных содержат информацию о современных растениях, а не о вымерших видах. «Мы изучили все фрагменты ДНК из наших кернов, а затем с помощью статистических моделей шаг за шагом отфильтровали те, которые имеют несомненное сходство с современными растениями».
Это также позволило экспертам определить, какие виды могут подвергаться наибольшему риску вымирания в условиях потепления: травы и кустарники подвержены более высокому риску исчезновения, чем древесные виды, которые могут распространяться дальше при повышении температуры. Кроме того, виды в регионах с высоким биоразнообразием чаще находятся под угрозой, чем менее «специализированные» виды.
Один удивительный вывод: скорость вымирания была самой высокой в начале текущей тёплой фазы — часто с задержкой в несколько тысяч лет после фактических изменений окружающей среды. «Это означает, что полные последствия сегодняшней деятельности человека могут проявиться только в далёком будущем».
Актуальность для современной Арктики
Результаты двух исследований дают фундаментальное представление о том, как изменения окружающей среды в связи с потеплением влияют на биоразнообразие и какие механизмы являются в этом отношении центральными. Таким образом, впервые эксперты смогли определить скорость вымирания растений, которые теперь можно использовать в качестве справочных данных для лучшей оценки текущих изменений в арктических экосистемах.
«Наши исследования показывают, насколько важно понимать биоразнообразие и экологические взаимодействия, также в долгосрочной перспективе, чтобы лучше прогнозировать последствия изменения климата», — резюмирует Херцшух. «Используя информацию, запертую в древней ДНК из отложений, мы можем получить фундаментальные знания, необходимые для этого».