Исследование восполняет пробелы и исправляет смещения в данных о биоразнообразии растений
Сложно защищать то, о чём не знаешь, где оно находится. Именно с этой проблемой сталкиваются многие исследователи, стремящиеся сохранить местные виды растений.
Существует около 340 000 видов растений с сосудистой тканью (сосудистые растения). Люди знакомы лишь с крошечной их частью — деревьями, сельскохозяйственными культурами, цветковыми растениями. Однако все сосудистые растения играют ключевую роль в поддержании экосистем и жизни на Земле.
Новое исследование Стэнфордского университета, использовавшее методы машинного обучения для преодоления смещений в данных о биоразнообразии, позволило создать целостную глобальную карту распространения сосудистых растений. Оно выявило ранее неизвестные закономерности разнообразия местных видов и показало, что примерно 60% ключевых районов разнообразия растений находятся за пределами охраняемых территорий. Результаты опубликованы 12 августа в Proceedings of the National Academies of Sciences.
"Вся биосфера зависит от растений. Но если мы не знаем их распространения, сложно понять, как они себя чувствуют или находятся ли под угрозой из-за изменения климата или деятельности человека", — говорит Барнабас Дару, доцент биологии.
Улучшение смещённых данных
Большинство записей о разнообразии растений — это физические образцы в гербариях или цифровые полевые наблюдения. Эти данные полезны, но, как показало исследование Дару 2023 года (Nature Ecology & Evolution), они содержат систематические смещения и пробелы в охвате.
Традиционные модели распространения видов предсказывают, где виды должны находиться, на основе данных о встречаемости и факторах среды (температура, осадки). Проблема в том, что исходные данные о биоразнообразии уже смещены, что приводит к смещённым прогнозам.
Новый подход Дару использует существующие данные о биоразнообразии и переменные среды, но с ключевыми дополнениями:
- Учёт карт смещений выборки с помощью машинного обучения, чтобы модель компенсировала неравномерность изученности регионов.
- Включение данных о скорости расселения каждого вида растений.
- Использование более точных данных о распространении хорошо изученных птиц, млекопитающих, амфибий и рептилий, которые часто обитают рядом с растениями.
"Если ваша модель не учитывает скорость расселения видов — например, что южноафриканский ледяной растение (Carpobrotus edulis) или калифорнийский мак (Eschscholzia californica) не могут самостоятельно пересечь океаны — вы получите неточные прогнозы", — объясняет Дару.
Скорость расселения для более чем 200 000 видов сосудистых растений была получена с помощью моделей сферического броуновского движения на основе данных об эволюционной истории и условиях выживания.
Обработка таких массивных данных на глобальном уровне стала вычислительной задачей, которую команда решила с помощью разработанных ими биоинформатических инструментов.
Защита ключевых районов разнообразия растений
Итоговые карты выявили скопления видового богатства сосудистых растений не только в известных "горячих точках" биоразнообразия (Амазония, Мадагаскар), но и в неожиданных регионах:
- Чако, Аргентина
- Серрадо, Южная Америка
- Демократическая Республика Конго
- Юньнань, Китай
Также было обнаружено, что:
- Районы с высоким видовым богатством имеют и высокое филогенетическое (эволюционное) разнообразие.
- И видовое, и филогенетическое разнообразие максимальны у экватора и снижаются к полюсам.
Анализ показал, что большинство аспектов разнообразия растений не защищены: ~60% их разнообразия находится вне охраняемых территорий. Деревья и другие крупные виды часто защищены, но эволюционно уникальные растения с малым числом близких родственников — нет.
"Если мы потеряем эти уникальные виды растений, это будет огромной потерей для эволюционной истории растений. Это говорит о том, что стоит расширять охраняемые территории, чтобы включить эволюционно уникальные растения", — отмечает Дару.
В будущем исследователь планирует создать мобильное приложение, которое будет показывать пользователю количество и виды растений в заданном радиусе. Валидация данных пользователями поможет улучшить качество будущих данных о биоразнообразии.
"Мы много знаем о птицах, млекопитающих и других харизматичных животных, но намного меньше — о растениях и их глобальном распространении. Результаты этого исследования могут расширить наши знания о экологии и биоразнообразии растений и, впервые, помочь расставить приоритеты в охране растений", — заключает Дару.