Что беспокоит растение? Почему одни растения редки, а другие обычны? Являются ли редкие растения просто адаптированными к редкой среде обитания или они проигрывают конкуренцию за среду обитания? Их население небольшое, но стабильное, или оно сокращается?
И как ученые могут правильно сформулировать эти вопросы, когда существует так много возможных переменных?
Один из способов состоит в том, чтобы сравнить родственные или однородные виды, которые имеют много общих черт, но также и различаются по некоторым признакам. Это очищает достаточно подлеска, чтобы тщательно спланированные эксперименты могли дать ответы.
Четырехлетнее исследование двух однородных люпинов, одного редкого и одного обычного вида, растущих в дюнах возле лагуны Эбботс на национальном побережье Пойнт-Рейес в Калифорнии, дало возможную подсказку о факторах, ведущих к редкости. Исследование, проведенное нынешним и бывшим преподавателями Вашингтонского университета в Сент-Луисе, появилось в Интернете в номере журнала American Journal of Botany от 21 марта.
Редкий люпин грабит местная мышь, которая крадет большую часть семенных коробочек, пока они еще прикреплены к растению. Мыши предпочитают большие вкусные семена обычных видов после того, как семена опадают, но редкий люпин все же теряет гораздо больше семян, чем обычный.
«Суть статьи в том, что вам нужно учитывать и то, и другое, и что, когда вы это делаете, редкие виды по-прежнему теряют больше семян, чем обычные виды», - сказала Элеонора Пардини, помощник директора программы экологических исследований. в области искусств и наук в Вашингтонском университете. Таким образом, хищничество с семенами может быть мощным фильтром, формирующим состав растительных сообществ.
Но дело не только в том, что мыши едят семена. Мыши также являются «субсидируемым» видом, получившим конкурентное преимущество благодаря деятельности человека. Европейская пляжная трава (Ammophila arenararia), первоначально посаженная для стабилизации дюн, имела непреднамеренный побочный эффект, давая мышам укрытие для ночных набегов среди люпинов.
С тех пор, как в 2011 году была удалена пляжная трава рядом с самым богатым участком люпина, редкий люпин восстанавливается, а экосистема дюн, возможно, восстанавливает свое прежнее равновесие без мышей.
Не так очевидно, как кажется
Наивно может показаться, что потеря семян всегда плохо сказывается на растениях. Но стойкость к такому хищническому нападению - лишь один из многих факторов, влияющих на сложное уравнение, определяющее конкурентоспособность растения.
«Исследования, в которых изучалось хищничество семян в родственных системах растений, дали неоднозначные результаты», - сказал Пардини. «Некоторые обнаружили, что редкие виды подвергаются большему хищничеству, чем их обычные сородичи, а другие обнаружили обратное».
Пардини и ее соавтор Тиффани Найт, бывший директор программы экологических исследований Вашингтонского университета, а ныне профессор Центра экологических исследований им. только одна часть жизненного цикла растений или в течение слишком короткого времени.
Хищничество, когда семена еще были на растении (предрассеяние), и хищничество после того, как семена упали с растения (после рассеивания), могут компенсировать друг друга, сказал Пардини. Если хищничество перед распространением низкое, более крупные участки рассеянных семян могут быть привлекательными для хищников, увеличивая хищничество после рассеивания семян.
Двумя видами, изучаемыми в исследовании округа Марин, являются редкий люпин Тидестрома (Lupinus tidestromii), распростертая трава, растущая вдоль песка, и обыкновенный кустовой люпин Шамиссо (Lupinus chaissonis), кустарник, который может вырасти на 6 футов. высокий и держит свои стручки изогнутыми вверх и высоко над землей.
Ученые измеряли хищничество как до, так и после распространения семян в течение четырех лет, а также близость к европейской прибрежной траве (которая могла обеспечить укрытие, которое сделало бы поиск пищи менее опасным). Они также измерили плотность семян после рассредоточения, что может изменить риск, который могут принять хищники..
В середине исследования, в 2011 году, Служба парков США удалила пляжную траву с 2,5 акров дюн рядом с люпиновым убежищем, изменив одну переменную в исследовании, что привело к интересному эффекту.
По словам Пардини, исследование показало, что хищничество перед расселением выше для редких видов, а после расселения - для обычных видов. Но эти два эффекта не компенсируют друг друга, потому что хищничество перед расселением редкого люпина настолько экстремально.
Бичграсс имел к этому большое отношение. Если кустовой люпин Chamisso и люпин Tidestrom были рядом с пляжной травой (и мышами), Chamisso потерял гораздо меньше своих семян от мышей из-за своей кустарниковой архитектуры. Вдали от бересты разница была менее значительной, но кустовой люпин все же давал больше семян.
Удаление пляжной травы уже сняло нагрузку с редкого люпина. По словам Пардини, на это есть две причины. Во-первых, люпин Тидестрома приспособлен к нарушенной среде обитания и нуждается в ветрах и дюнах, чтобы процветать. Во-вторых, с исчезновением пляжной травы мышам приходится больше рисковать, чтобы съесть семена люпина.
«Люпин Тидестрома появляется как сумасшедший в восстановленных районах», - сказал Пардини. «Всхожесть семян очень высока, приживаемость чрезвычайно высока, они достигают высокой плотности в восстановленных зонах, растения огромны и чрезвычайно плодородны».
Последний поворот
По иронии судьбы, пляжная трава была удалена не для того, чтобы помочь редкому люпину, а скорее для того, чтобы помочь исчезающему западному снежному ржанку (Charadrius alexandrinus nivosus). Точно так же, как люпин уступил место прорастания траве, ржанка потеряла место гнездования.
И люпин, и ржанка пострадали от субсидируемых местных хищников. В случае с люпином хищником является мышь-олень; в случае ржанки это обыкновенный ворон (Corvus corax), «Популяции врановых резко увеличились во всем мире с 1970-х годов», - сказал Пардини. «Вы можете увидеть это в данных рождественского подсчета птиц. Одна из причин в том, что они пируют на тех отбросах, которые приносят люди.
«Так что возникающая история о вмешательстве человека и воронах аналогична истории о траве и мышах», - добавила она. В обоих случаях люди субсидируют вид, нарушающий некогда существовавший баланс между другими видами: с одной стороны два люпина, с другой - две птицы.