Потепління клімату змушує рослини конкурувати між собою

Зміна клімату змінює форму екосистем із загрозливою швидкістю. Хоча велика увага приділяється втраті видів тварин, рослини також зникають. З 1750 року вимерло близько 600 видів рослин, що вдвічі перевищує вимирання тварин. Тим не менш, мало відомо про те, які рослини найбільше піддаються ризику і як зміни біорізноманіття впливають на екосистеми.

Вчені з Інституту Альфреда Вегенера глибоко зазирнули в минуле, щоб відповісти на ці запитання. Використовуючи давню ДНК, що збереглася в озерних відкладеннях, вони реконструювали, як змінилося життя рослин між 15 000 і 11 000 років тому, у період значного глобального потепління. Це дослідження, нещодавно опубліковане в журналі Nature Communications, проливає світло на те, як минулі вимирання можуть передбачити майбутню втрату біорізноманіття. Дослідження дає більш чітку картину того, як рослинні спільноти змінюються в умовах потепління, і що це може означати для екосистем сьогодні.

Забута сторона вимирання рослин

Втрата рослин рідко потрапляє в заголовки, хоча вони є основою життя. Багато людей визнають вимирання таких великих ссавців, як шерстистий мамонт, але мало хто замислюється про рослини, які зникли разом з ними. Цей недогляд частково пов’язаний зі складністю вивчення вимирання рослин. Традиційні методи покладаються на скам’янілий пилок, за яким не завжди можна ідентифікувати окремі види.

«Кожен знає, що шерстистий мамонт вимер, але практично ніхто не згадує про рослини, які були втрачені в кінці останнього льодовикового періоду», — сказала професор Ульріке Герцшу з Інституту Альфреда Вегенера. «До недавнього часу нам не вистачало відповідних методів для детального дослідження вимирання видів рослин».

Щоб подолати цю проблему, дослідники використали передові методи для вилучення та аналізу стародавньої ДНК з озерних відкладень. Ці відкладення містять генетичний матеріал рослин, які жили до 30 000 років тому. Збагачуючи та секвенуючи ці фрагменти ДНК, вчені могли порівнювати їх із сучасними базами даних і реконструювати колишні рослинні спільноти.

Зміна клімату змінює взаємодію рослин

Зміни клімату впливають не тільки на те, які рослини виживають, але й на те, як вони взаємодіють одна з одною. Дослідження показало, що рослинні спільноти зазнають різких змін зі зміною температури.

«Тепер ми змогли детально визначити, коли і де з’являлися та зникали види на Алясці та в Сибіру», — зазначила Ульріке Герцшу. «Наше дослідження показує, що склад видів рослин істотно змінився в кінці останнього льодовикового періоду, і що це супроводжувалося фундаментальними змінами в екологічних умовах».

Одним із найяскравіших відкриттів стала зміна способів взаємодії рослин. У холодні періоди рослини часто підтримують одна одну, створюючи середовище, де можуть процвітати кілька видів і зменшити ризик вимирання. Однак у теплі періоди конкуренція стає домінуючою. Ця картина все ще спостерігається сьогодні в тундрових регіонах, де рослини-подушки служать притулком для інших видів.

«У ДНК з озерних відкладень ми знайшли, наприклад, багато рослин-подушок, які, швидше за все, сприяли розмноженню інших видів, утворюючи захищені середовища існування», — сказав Герцшух. Цей ефект укриття був важливий для біорізноманіття в холодніших кліматичних умовах.

Цикл самознищення для арктичних рослин

Сьогодні рослини-подушки продовжують відігравати важливу роль в екосистемах Арктики. Однак їхня здатність допомагати іншим рослинам виживати може зрештою призвести до їх власного занепаду. У міру підвищення температури в Арктиці дерева та кущі поширюються в тундрові регіони, де колись домінували подушкоподібні рослини. Ці більші рослини отримують користь від укриття, яке забезпечують рослини-подушки, що дозволяє їм швидше поширюватися.

«Оскільки потепління в Арктиці вже просунулося досить далеко, деревні рослини можуть вижити навіть у високих широтах. Рослини-подушки можуть сприяти їх поширенню, прискорюючи їх власне вимирання в процесі», — зазначили автори дослідження.

Цей ненавмисний наслідок взаємодії рослин підкреслює тонкий баланс арктичних екосистем. Хоча рослини-подушки колись сприяли різноманітності, тепер вони можуть прискорити власне зникнення, сприяючи поширенню більших, більш конкурентоспроможних видів.

Рослини, яким найбільше загрожує зникнення

Дослідження також намагалося визначити, які види рослин найбільш вразливі до зникнення. Наприкінці останнього льодовикового періоду деякі рослинні угруповання повністю зникли. Однією з найпомітніших втрат став гігантський степ, величезна екосистема, яка колись простягалася через всю Північну півкулю. Ідентифікація вимерлих рослин виявилася складною, оскільки генетичні бази даних зосереджені на сучасних видах.

«Щоб ідентифікувати види, яких більше не існує, нам довелося застосувати хитрість», — сказав Герцшух.

Дослідники дослідили всі фрагменти ДНК із зразків опадів, а потім використали статистичні моделі, щоб виділити ДНК, яка не збігалася з жодним із відомих сучасних видів. За допомогою цього методу вони виявили, що трави та кущі стикаються з найбільшим ризиком зникнення в світі, що потеплішає. На відміну від деревних рослин, які можуть поширюватися на нові території з підвищенням температури, ці менші види часто борються за конкуренцію.

Крім того, рослини в регіонах з високим біорізноманіттям більш вразливі, ніж рослини в менш різноманітних середовищах. Одне дивовижне відкриття полягало в тому, що рівень вимирання рослин досяг піку на початку нинішньої теплої фази. Часто види зникали через тисячі років після початкових змін середовища.

«Це означає, що повний вплив сьогоднішньої людської діяльності може стати очевидним лише у віддаленому майбутньому», — сказали дослідники.

Що це означає для сучасної Арктики

Отримані дані дають суттєве уявлення про те, як зміна клімату впливає на біорізноманіття. Вперше вчені змогли виміряти темпи вимирання рослин, запропонувавши цінні довідкові дані для прогнозування майбутніх змін. Результати показують, що арктичні екосистеми знаходяться під особливою небезпекою, оскільки температура продовжує зростати.

«Наші дослідження показують, наскільки важливо розуміти біорізноманіття та екологічну взаємодію, навіть у довгостроковій перспективі, щоб краще передбачити наслідки зміни клімату», — сказав Герцшух.

Вивчаючи стародавню ДНК, дослідники можуть виявити довгострокові наслідки зміни клімату для рослинних угруповань. Ці знання мають вирішальне значення для зусиль щодо збереження та розуміння того, як екосистеми реагуватимуть на подальше потепління. Уроки минулого показують, що найсуттєвіший вплив зміни клімату на біорізноманіття рослин ще попереду. Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.