Из-за изменения климата цветочные сообщества Маунт-Рейнир могут «восстановиться» с новыми взаимоотношениями видов и взаимодействием
Центральное место в области экологии занимает мантра о том, что виды не существуют изолированно: они собираются в сообщества, и внутри этих сообществ виды взаимодействуют. Хищники охотятся за добычей. Паразиты эксплуатируют хозяев. Опылители находят цветы.
И все же эти взаимодействия основаны не только на интуиции, потому что виды из поколения в поколение адаптируются к сигналам окружающей среды. Но когда условия изменяются из-за изменения климата, виды могут заметно меняться в ответ на это, создавая «повторно собранные» сообщества, которые могут демонстрировать нарушенные взаимодействия между видами.
Недавно трое экологов из Вашингтонского университета стали свидетелями такой сборки. Это было случайно: они собирали данные о субальпийских полевых цветах, которые цветут каждое лето на склонах горы Рейнир, вулкана высотой 14 411 футов (4 932 метра) в Каскадном хребте штата Вашингтон. Как они сообщают в статье, опубликованной 11 октября в журнале Ecology, не по сезону теплое и сухое лето 2015 года вызвало перегруппировку этих субальпийских сообществ диких цветов.
Условия 2015 года дали команде, состоящей из докторанта Элли Теобальд, докторанта Яна Брекхаймера и профессора биологии Яннеке Хилле Рис Ламберс, предварительный просмотр того, как субальпийские сообщества могут выглядеть к концу этого века. Ожидается, что к тому времени значительное изменение климата навсегда изменит экологические сигналы, на которые полагаются полевые цветы, и сделает повторную сборку сообщества более распространенным явлением - с неизвестными последствиями для взаимодействия видов в этих сообществах.
«2015 год был настолько необычным, что дал нам представление о том, какой может быть окружающая среда на горе Рейнир ближе к концу этого века», - сказал Теобальд, который является соавтором статьи вместе с Брекхаймером.. «Условия были настолько теплыми, что повлияли на время цветения и продолжительность цветения видов, сформировав в 2015 году сообщества, которых просто не было в другие годы нашего исследования».
Их исследование - одно из немногих, демонстрирующих доказательства повторной сборки нескольких видов на уровне сообщества.
«Эти повторно собранные сообщества потенциально могут изменить взаимодействие между полевыми цветами и другими видами в этих субальпийских условиях», - сказал Теобальд..
В течение шести лет с 2010 по 2015 год Теобальд отслеживал условия окружающей среды и поведение растений для 48 видов на 70 полевых участках площадью один квадратный метр вдоль южного склона горы Рейнир. Высота участков варьировалась от 1 490 до 1 901 метра. На каждом участке Теобальд использовал датчики для регистрации температуры, таяния снега и влажности почвы.
«На этих возвышенностях на горе Ренье снег является основной движущей силой поведения растений, потому что годовой цикл цветения и размножения не может начаться, пока снег не растает», - сказал Хилле Рис Ламберс. «Если на земле есть снег, растения не могут фотосинтезировать, а если они не могут фотосинтезировать, они не могут расти».
Когда датчики сообщили, что на каждом участке снег растаял, Теобальд собрал данные о том, когда растения взойдут, зацветут и начнут плодоносить. К ним относятся виды, знакомые путешественникам, такие как лавинная лилия, малиновая кисть, горная черника, дикая черника и дикий люпин..
Большинство этих растений - многолетники, которые каждую зиму уходят под землю. Но когда тает снег, у них обычно есть окно от двух до четырех месяцев - в зависимости от высоты и положения - чтобы вырасти, зацвести и дать плоды и семена для следующего поколения, прежде чем снова выпадет снег..
В 2015 году условия были настолько теплыми, что в среднем на исследуемых площадках снег начал таять на 58 дней раньше, чем в 2010-2014 гг. Команда зафиксировала серьезные сдвиги во времени цветения полевых цветов. Все виды - 100 процентов - зацвели раньше в 2015 году, а 54 процента видов также увеличили продолжительность цветения в том же году, некоторые на целых 15 дней. Остальные виды показали более короткую продолжительность цветения, в одном случае почти на 19 дней, возможно, из-за ускоренного высыхания почвы, изменения активности опылителей или других факторов.
Поскольку виды менялись по-разному, условия 2015 г. привели к появлению новых моделей вновь собранных сообществ полевых цветов с неизвестными экологическими последствиями.
«Это виды, которые всегда сосуществовали в этих субальпийских местах», - сказал Теобальд. «Но в 2015 году мы видели, как виды цветут в то же время, что и обычно с разницей в несколько недель».
Команда заметила наиболее драматические признаки повторной сборки среди растений, которые обычно цветут в начале лета. Эти растения, как правило, растут на участках с меньшим количеством снегопадов, таких как участки на более низких высотах или вдоль гребней и склонов, а не в бухтах и долинах, где обычно скапливается снег. Кроме того, растения, которые имели тенденцию к увеличению продолжительности цветения, делали это, если в 2015 г. у них было большее количество теплых, фотосинтетически «продуктивных» дней.
Повторная сборка в масштабах, которые исследователи наблюдали в 2015 году - и которые на горе Рейнир могут наблюдаться каждый год к концу этого века - может изменить взаимодействие между видами. Например, растения могут конкурировать за доступ к опылителям, в число которых на горе Рейнир входят шмели, мухи и колибри.
"У нас просто пока недостаточно информации, чтобы знать, кто будет "победителем" и "проигравшим" от повторной сборки, или даже как будет выглядеть "выигрыш" или "проигрыш" в таком сценарии, " - сказал Теобальд.
Чтобы предсказать это, ученые должны наблюдать и проверять, как экологическая сборка влияет на воспроизводство всех видов в этих регионах - от цветов и опылителей до даже медведей, питающихся субальпийскими ягодами. Эти эффекты также повлияют на людей, которые посещают эти сайты и пытаются их сохранить.
«Все эти взаимодействия между видами - и то, как эти взаимодействия изменятся из-за изменения климата - повлияют на то, как мы управляем этими местами», - сказал Хилле Рис Ламберс. «В конце концов, Маунт-Рейнир - это национальный парк, который существует для всех нас, а также для видов, которые называют его домом».
Исследование финансировалось Национальным научным фондом, НАСА, Вашингтонским университетом, Mazamas и Альпийским клубом. В настоящее время Теобальд является постдокторантом Исследовательской группы биологического образования Университета Вашингтона.