339
Изменение климата изменяет форму экосистем с угрожающей скоростью. Хотя большое внимание уделяется потере видов животных, растения тоже исчезают. С 1750 г. вымерло около 600 видов растений, что вдвое превышает вымирание животных. Тем не менее, мало известно о том, какие растения наиболее подвержены риску и как изменения биоразнообразия влияют на экосистемы.
Ученые из Института Альфреда Вегенера глубоко заглянули в прошлое, чтобы ответить на эти вопросы. Используя древнюю ДНК, сохранившуюся в озерных отложениях, они реконструировали, как изменилась жизнь растений между 15 000 и 11 000 лет назад, в период значительного глобального потепления. Это исследование, недавно опубликованное в журнале Природа связи, проливает свет на то, как прошлые вымирания могут предсказать будущую потерю биоразнообразия. Исследование дает более четкую картину того, как растительные сообщества изменяются в условиях потепления и что это может означать для экосистем сегодня.
Забытая сторона вымирания растений
Потеря растений редко попадает в заглавия, хотя они являются основой жизни. Многие признают вымирание таких крупных млекопитающих, как шерстистый мамонт, но мало кто задумывается о исчезнувших вместе с ними растениях. Это упущение частично связано со сложностью изучения вымирания растений. Традиционные методы полагаются на окаменевшую пыльцу, по которой не всегда можно идентифицировать отдельные виды.
"Каждый знает, что шерстистый мамонт вымер, но практически никто не упоминает о растениях, которые были потеряны в конце последнего ледникового периода", - сказала профессор Ульрике Герцшу из Института Альфреда Вегенера. «До недавнего времени нам не хватало соответствующих методов для детального исследования вымирания видов растений».
Чтобы справиться с этой проблемой, исследователи использовали передовые методы для извлечения и анализа древней ДНК из озерных отложений. Эти отложения содержат генетический материал растений, живших до 30 000 лет назад. Обогащая и секвенируя эти фрагменты ДНК, ученые могли сравнивать их с современными базами данных и реконструировать прежние растительные сообщества.
Изменение климата изменяет взаимодействие растений
Изменения климата влияют не только на то, какие растения выживают, но и на то, как они взаимодействуют друг с другом. Исследование показало, что растительные сообщества претерпевают резкие изменения с изменением температуры.
"Теперь мы смогли подробно определить, когда и где появлялись и исчезали виды на Аляске и в Сибири", - отметила Ульрике Герцшу. "Наше исследование показывает, что состав видов растений существенно изменился в конце последнего ледникового периода, и что это сопровождалось фундаментальными изменениями в экологических условиях".
Одним из самых ярких открытий стало изменение способов взаимодействия растений. В холодные периоды растения часто поддерживают друг друга, создавая среду, где могут преуспевать несколько видов и уменьшить риск вымирания. Однако в теплые периоды конкуренция становится доминирующей. Эта картина все еще наблюдается сегодня в тундровых регионах, где растения-подушки служат убежищем для других видов.
«В ДНК из озерных отложений мы нашли, например, много растений-подушек, которые, скорее всего, способствовали размножению других видов, образуя защищенные среды обитания», — сказал Герцшух. Этот эффект укрытия был важен для биоразнообразия в более холодных климатических условиях.
Цикл самоуничтожения для арктических растений
Сегодня растения-подушки продолжают играть немаловажную роль в экосистемах Арктики. Однако их способность помогать другим растениям выживать может в конечном счете привести к их собственному упадку. По мере повышения температуры в Арктике деревья и кустарники распространяются в тундровые регионы, где когда-то доминировали подушкообразные растения. Эти крупные растения получают пользу от укрытия, которое снабжают растения-подушки, что позволяет им быстрее распространяться.
«Поскольку потепление в Арктике уже продвинулось достаточно далеко, деревья могут выжить даже в высоких широтах. Растения-подушки могут способствовать их распространению, ускоряя их собственное вымирание в процессе», — отметили авторы исследования.
Это непреднамеренное последствие взаимодействия растений подчеркивает тонкий баланс арктических экосистем. Хотя растения-подушки когда-то способствовали разнообразию, теперь они могут ускорить собственное исчезновение, способствуя распространению более крупных, более конкурентоспособных видов.
Растения, которым больше всего угрожает исчезновение
Исследование также пыталось определить, какие виды растений наиболее уязвимы к исчезновению. К концу последнего ледникового периода некоторые растительные группировки полностью исчезли. Одной из самых заметных потерь стала гигантская степь, огромная экосистема, когда-то простиравшаяся через все Северное полушарие. Идентификация вымерших растений оказалась сложной, поскольку генетические базы данных сосредоточены на современных видах.
«Чтобы идентифицировать виды, которых больше нет, нам пришлось применить хитрость», — сказал Герцшух.
Исследователи исследовали все фрагменты ДНК из образцов осадков, а затем использовали статистические модели, чтобы выделить ДНК, которая не совпадала ни с одним из известных современных видов. С помощью этого метода они обнаружили, что травы и кусты сталкиваются с наибольшим риском исчезновения в потеплеющем мире. В отличие от древесных растений, которые могут распространяться на новые территории с повышением температуры, эти виды часто борются за конкуренцию.
Кроме того, растения в регионах с высоким биоразнообразием более уязвимы, чем растения в менее разнообразных средах. Одно удивительное открытие заключалось в том, что уровень вымирания растений достиг пика в начале нынешней теплой фазы. Часто виды исчезали спустя тысячи лет после начальных изменений среды.
«Это означает, что полное влияние сегодняшней человеческой деятельности может оказаться очевидным только в отдаленном будущем», — сказали исследователи.
Что это значит для современной Арктики
Полученные данные дают существенное представление о том, как изменение климата влияет на биоразнообразие. Впервые учёные смогли измерить темпы вымирания растений, предложив ценные справочные данные для прогнозирования будущих изменений. Результаты показывают, что арктические экосистемы находятся под особой опасностью, поскольку температура продолжает расти.
"Наши исследования показывают, насколько важно понимать биоразнообразие и экологическое взаимодействие, даже в долгосрочной перспективе, чтобы лучше предсказать последствия изменения климата", - сказал Герцшух.
Изучая древнюю ДНК, исследователи могут выявить долгосрочные последствия изменения климата для растительных сообществ. Эти знания имеют решающее значение для усилий по сохранению и пониманию того, как экосистемы будут реагировать на дальнейшее потепление. Уроки прошлого показывают, что самое существенное влияние изменения климата на биоразнообразие растений еще впереди. Исследование опубликовано в журнале Природа связи.
