Новый взгляд на теорию, объясняющую видовое разнообразие деревьев в тропических лесах
Исследование под руководством учёного из Университета Хайфы, опубликованное в журнале Nature, показало, что в условиях высокой влажности почвы снижаются шансы на выживание молодых саженцев деревьев, растущих с высокой плотностью. В результате в следующем году наблюдается большее видовое разнообразие.
"До сих пор проверки теории, объясняющей видовое разнообразие деревьев в тропических лесах, были сосредоточены исключительно на доказательстве роли естественных врагов каждого вида, особенно насекомых и грибов, вдоль градиентов осадков. Наше исследование первым фокусируется на том, как условия, позволяющие этим врагам процветать, меняются со временем и косвенно влияют на разнообразие деревьев", — объясняет соавтор работы доктор Эдвин Лебриха-Трехос.
Ключевая черта тропических лесов — высокий уровень видового разнообразия деревьев, что жизненно важно для устойчивости экосистемы. Разнообразие позволяет лесам быть устойчивыми, так как экологические функции одного вида могут быть "подстрахованы" другими, похожими видами.
Текущее исследование основано на теории, сформулированной 50 лет назад Янценом и Коннеллом. Её основная идея: естественные враги растений (насекомые или грибы) специфичны для каждого вида. Если один вид становится доминирующим и плотным, его враги будут процветать и вредить ему, особенно молодым саженцам. Это позволит укрепиться другим видам. Этот цикл предотвращает долгосрочное доминирование одного вида и поддерживает разнообразие.
Модель, разработанная в исследовании, основана на гипотезе, что условия для развития естественных врагов — ключевой фактор работы этого механизма. Поскольку предполагаемые враги — это насекомые и грибы, зависимые от влаги, в дождливый сезон при насыщенной влагой почве они будут процветать и усиливать механизм. В засушливый год, когда почва сухая, эффект будет противоположным.
"По сути, наша модель добавляет новый угол к существующей теории. Для поддержания видового разнообразия в тропическом лесу важны соответствующие условия влажности, позволяющие естественным врагам деревьев процветать", — объясняет исследователь.
Для проверки гипотезы учёные использовали три больших базы данных по лесам центральной Панамы:
- Данные с 1990-х годов по 800 участкам размером 1 м² с ежегодной записью о выживании саженцев.
- База данных по каждому дереву с диаметром ствола более 1 см на высоте 1.3 м на участке в 50 гектаров (ведётся с 1980-х).
- Данные о влажности почвы и осадках за последнее столетие, позволившие определить самые засушливые и влажные годы.
Скрестив эти данные, исследователи смогли построить модель, изучающую влияние влажности почвы на выживаемость растений в зависимости от плотности деревьев того же вида в ближайшем окружении.
Результаты показали:
- В годы с высокой влажностью почвы у видов с высокой плотностью популяции шанс на выживание ниже, поэтому в следующем году наблюдается большее разнообразие деревьев.
- Разнообразие деревьев выше после года с высокой влажностью почвы, чем после года с низкой влажностью. Это говорит о том, что во влажные годы насекомые и грибы процветают и могут "выполнять свою работу" по прореживанию доминирующих видов.
- Исследователи также доказали, что ключевой фактор — именно процветание врагов, а не то, что влажные годы "хороши" для всех видов. В условиях, когда конкретный вид не был представлен с высокой плотностью, влажный или сухой год не оказывал значимого влияния на выживаемость. Значимый эффект даёт только комбинация плотности и доминирования одного вида вместе с влажным годом и высокой влажностью почвы.
"Наша модель доказывает, что засушливость и влажность оказывают косвенное влияние на видовое разнообразие. По сравнению с обычными годами, видовое разнообразие падает на 15% в засушливые годы и возрастает на 15% в более влажные годы. Помимо важного дополнения к нашему пониманию роли влажности почвы, мы определили новый путь, через который изменение климата и антропогенные нарушения, влияющие на доступность воды, могут воздействовать на леса. Чем больше засушливых лет или условий мы испытываем, тем выше угроза ущерба — не только для видового разнообразия тропических лесов, но и для вклада, который эти леса вносят в благополучие человечества", — заключает доктор Лебриха-Трехос.