Зима ограничивает разнообразие — новая модель тропического биоразнообразия растений основана на «эффекте накопления»

На основе данных с 10 долгосрочных лесных мониторинговых площадок, включая семь из сети Smithsonian's ForestGEO, команда под руководством Джейкоба Усиновича в ходе его докторской диссертации в Университете Висконсин-Мэдисон представила первые доказательства того, что «эффект накопления» позволяет видам деревьев сосуществовать и проявляется сильнее в тропиках. Результаты команды, опубликованные 20 сентября в журнале Nature, дают ответ на давний вопрос биологов: почему в тропиках так много видов?

Тропические леса являются домом для гораздо большего числа видов, чем леса в северных широтах. Например, почти 1200 видов деревьев населяют 4,2 миллиона квадратных километров лесов умеренного и бореального поясов Северного полушария, тогда как ошеломляющие 1440 видов деревьев обитают всего на 0,25 квадратных километрах тропического леса недалеко от Манауса в Бразилии. Как стольким видам деревьев удается сосуществовать на таких маленьких площадях в тропиках?

Экологи долгое время не могли ответить на этот вопрос. Для сосуществования виды должны отличаться друг от друга, чтобы две особи одного вида (конспецифики) имели больше общих потребностей и, следовательно, оказывали большее негативное влияние друг на друга, чем две особи разных видов (гетероспецифики). Это предотвращает доминирование какого-либо одного вида, поскольку всё больше его соседей являются конспецификами с идентичными потребностями. В то же время редкие виды могут быть «спасены», потому что всё больше их соседей — гетероспецифики с другими потребностями в ресурсах.

Многие механизмы приводят к такому исходу. Проблема заключалась в том, что все известные механизмы, способствующие сосуществованию видов, казалось, работают с одинаковой эффективностью на всех широтах. Усинович и его коллеги впервые доказали, что механизм, обеспечивающий стабильное сосуществование видов, сильнее в тропиках и постепенно ослабевает по мере удаления от экватора. Этот механизм называется эффектом накопления и работает для видов, таких как деревья, которые имеют повторяющееся размножение и долгоживущих взрослых особей, обеспечивающих сохранение популяции на протяжении многих репродуктивных циклов. Если сроки успешных репродуктивных событий различаются между видами, новые проростки с большей вероятностью будут иметь соседей-конспецификов с более сильным негативным воздействием, тогда как более редкие виды с большей вероятностью избегут негативного влияния конспецификов.

Команда собрала долгосрочные данные об успешности размножения и пополнения для более чем 1000 видов деревьев из 10 лесов, протянувшихся на 64 градуса широты — от экватора почти до Северного полярного круга. Они обнаружили, что успешные репродуктивные события на экваторе были более независимыми между видами и становились всё более синхронизированными по мере увеличения широты. Все условия созданы для того, чтобы эффект накопления действовал сильнее на экваторе и постепенно слабел с увеличением широты. Усинович и коллеги использовали модельный подход для количественной оценки этого снижения. Потенциал эффекта накопления для поддержания видового разнообразия снижается на 0,25 процента на каждый градус широты от экватора.

«Естественно-историческое объяснение этого результата приятно интуитивно», — сказал С. Джозеф Райт, научный сотрудник Смитсоновского института тропических исследований и соавтор статьи. — «На экваторе, в Ясуни (Эквадор), несколько сотен видов деревьев цветут каждый месяц. Суровая погодная аномалия в любом конкретном месяце влияет на цветение небольшого процента видов. Время суровых аномалий меняется от года к году, и в результате успешные репродуктивные события у видов происходят в значительной степени независимо друг от друга». «В отличие от этого, чуть ниже Северного полярного круга, в Бонанза-Крик (Аляска), размножение деревьев ограничено июнем, июлем и августом. Суровый июнь влияет на все виды, и когда у одного вида удачный год, то же происходит и с другими. Широтный градиент в продолжительности вегетационного периода создает широтный градиент в синхронности успешных репродуктивных событий между видами, и это приводит к градиенту в силе эффекта накопления и потенциального видового разнообразия».