Синхронізовані цикли дерев завадили біологічній різноманітності

Співвідношення міжвидової і внутрішньовидової конкуренції в лісі зменшується на чверть відсотка з кожним градусом широти в міру наближення до екватора. Крім того, в тропіках вегетативний період зазвичай довший, а це сприяє поділу екологічних ніш між видами. Таких висновків дійшла міжнародна група біологів, яка шукала пояснення того факту, що в міру наближення до екватора біологічне розмаїття збільшується. Роботу опубліковано в журналі.

У тропічних лісах на 0,5 квадратних кілометра росте більше видів дерев, ніж у всіх помірних лісах Європи, Північної Америки та Азії разом узятих. Вважається, що зміни широти створюють географічні відмінності в екологічних та еволюційних процесах, а багато дослідників повідомляють про те, що в тропіках вище диверсифікація, швидкість виникнення кладів (скарба об'єднує всі гілки філогенетичного дерева, що походять від одного загального нащадка), і вище ступінь їх розсіювання. У зв'язку з цим виникає питання: як всі ці види уживаються один з одним, які фактори сприяють збереженню видового розмаїття? Теорій на цей рахунок багато, але підтверджуючих їх доказів було зібрано мало. Заповнити прогалину взялася міжнародна група біологів. Вони хотіли показати, що відмінності в екологічних процесах всередині біологічних спільнот безпосередньо пов'язані зі збільшенням біологічного розмаїття в міру наближення до екватора.

Для того щоб конкуруючі види співіснували в одній і тій же спільноті, вони повинні відповідати одній фундаментальній вимозі: внутрішньовидова боротьба повинні бути більш напруженою, ніж міжвидова. А ефект зберігання свідчить:для успішного співіснування видів у спільноті необхідно, щоб дотримувалися три вимоги, одна з яких - наявність індивідуальних екологічних реакцій, тобто кожен вид повинен по-своєму реагувати на зміни середовища, інакше це порушить вищеназвану вимогу, зробивши міжвидову боротьбу занадто напруженою. Так, якщо рік видався мізерним на якийсь з ресурсів, то при напруженій міжвидовій конкуренції в обох видів проросте менше насіння, а якщо міжвидова конкуренція не висока, то брак ресурсу позначиться лише на одному з видів. Про це ж говорить і принцип конкурентного виключення: якщо два види співіснують, то між ними має бути якась екологічна відмінність, від є кожен з них займає свою особливу нішу.

Знаючи все це, вчені припустили, що ефект зберігання краще працює в тропічних лісах, ніж в помірних або бореальних, оскільки більш тривалий вегетаційний період в більш низьких широтах сприяє скороченню синхронності у відтворенні видів з року в рік, тобто у тропічних видів різні цикли відтворення, і успіхи кожного з них не залежать один від одного.

Для перевірки цих припущень біологи зібрали дані десяти лісів, які перебували на різних широтах, від першого градуса південної широти до 65 градуса північної широти. У вибірку увійшли три тропічні ліси, три субтропічні ліси, три помірних ліси, і один бореальний ліс. Дані включали інформацію про те, скільки насіння кожного виду було вироблено помісячно, і про те, скільки з них проросло (за кожен рік, кожен ліс надав дані як мінімум за шість років).

Щоб перевірити свою гіпотезу, на основі цих даних вчені розрахували коефіцієнт Aij, що визначається як пропорційне скорочення міжвидової конкуренції по відношенню до внутрішньовидової конкуренції, викликане скороченням синхронності проростання насіння. Якщо Aij менше одиниці, то міжвидова конкуренція нижче внутрішньовидової, причому чим нижче значення коефіцієнта, тим вище потенціал для співіснування видів. Але важливий і зворотний коефіцієнт, Aji, і їх взаємодія, AijAji. У кінцевий аналіз увійшли медіанні значення останнього коефіцієнта - вони характеризували благополуччя конкурентних умов у кожному лісі. Потім вчені порахували синхронність, попарно зіставивши кількості вироблених і кількості проросших насіння, і співвіднесли середні дані по лісу з його широтою і зі значенням сезонності, які вчені розрахували за даними про клімат регіону.

Результати демонструють сильну залежність (R-квадрат = 0,83) коефіцієнта AijAji від широти, причому в низьких широтах коефіцієнт виявився мінімальним. Загалом середня попарна міжвидова конкуренція порівняно з внутрішньовидовою слабшає на 0,25 відсотка в міру наближення до екватора на один градус (P < 0,001). Коефіцієнт AijAji також пов'язаний із сезонністю і довшим вегетаційним періодом (P = 0,007). Синхронізація між видами протягом року була в середньому нижче в нижчих широтах (P < 0,001). Також невисока синхронність у тропічних низькоширотних лісах пов'язана з меншою міжвидовою конкуренцією порівняно з внутрішньовидовою.

Знайдені зв'язки можуть пояснюватися сезонністю: оскільки зазвичай в лісах в низьких широтах літо триває довше, сезонні зміни не такі великі, а вегетаційний період довші, це, ймовірно, допомагає видам більш вільно адаптуватися до мінливих умов середовища і успішніше переживати несприятливі умови.

У рамках цієї роботи авторам вдалося виявити лінійний зв'язок, але вони вважають, що нові дослідження можуть принести більш точні результати, які будуть враховувати й інші, більш тонкі зміни навколишнього середовища. Вони підкреслюють важливість подальших досліджень для підтримки біорізноманіття.

Про біологічне розмаїття тропічних лісів можна судити за звітом WFF. Але людина постійно ставить його під загрозу, наприклад, вирубуючи ліси. З іншого боку, біорізноманіття можуть перешкодити деякі інвазивні види рослин і тварин, наприклад рибки гуппі.