Арктические кустарники - новый элемент экологической головоломки

15-летний эксперимент над арктическими кустарниками в Гренландии дает новое понимание устойчивой экологической загадки: как виды со схожими потребностями и жизненным циклом встречаются вместе в больших масштабах и исключают друг друга в небольших масштабах? По словам ученых, ответ на этот вопрос имеет важное значение для того, как изменение климата может изменить распределение видов по всему миру.

Опубликованное в журнале PNAS под руководством Калифорнийского университета в Дэвисе исследование также показывает тенденции, связанные с секвестрацией углерода и углеродным обменом, поскольку Арктика становится все зеленее.

Так, в частности, карликовая береза и серая ива доминируют в арктическом ландшафте, покрывая и перекрывая одну и ту же обширную территорию, но исключая друг друга в почти неразличимых микромобитиях.

Исследование предполагает, что взаимодействие климата и видов работает вместе, чтобы способствовать развитию кустарников в больших масштабах, а также способствовать их исключению в небольших масштабах. В этом случае травоядность карибу и овцебыка склоняет чашу весов в пользу того или иного вида в небольших масштабах, но способствует их совместному появлению в крупных масштабах.

Этот вопрос о разнообразии видов и их совместном существовании в сравнении с исключением уходит корнями в основополагающую статью Роберта Х. МакАртура 1958 года, которую преподают в общественных классах экологии по всему миру. В этом исследовании пять видов певчих птиц на северо-востоке США были замечены, избегая друг друга, живя на разных частях одного и того же дерева - например, некоторые предпочитали верхние или средние ветви, другие - землю или ствол.

«Это одно из наиболее легко наблюдаемых явлений в природе», - сказал ведущий автор Эрик Пост, директор Полярного форума Калифорнийского университета в Дэвисе и профессор кафедры дикой природы, рыб и биологии охраны природы. «Тем не менее, то, что влияет на совместную вариацию видов на обоих уровнях, - это то, о чем экологи спорят на протяжении десятилетий. Наше исследование показывает, что одни и те же факторы могут действовать как в больших, так и в малых масштабах с противоположным влиянием на совместное появление и исключение».

Для исследования авторы провели 15-летний эксперимент в Гренландии. Там они зафиксировали, как численность и состав арктических кустарников изменились в ответ на экспериментальные меры по потеплению и обработку, отгораживающую большие участки тундры, чтобы исключить местных травоядных, таких как карибу и овцебык.

Эксперимент подтвердил то, что было предложено в недавней теоретической работе: физические условия, такие как климат, в сочетании с взаимодействиями видов формируют противоположные паттерны изменений арктических кустарников в больших и местных масштабах.

Арктика становится теплее и во многих местах суше. Исследование показало, что в этих условиях ива оказалась предпочтительнее карликовой березы, хотя на исследуемой территории береза более распространена. В то время как отсутствие крупных травоядных способствует почти полному исключению ивы за счет березы, потепление в этих условиях немного сдвигает маятник в пользу ивы. Незавершенные работы на участке также указывают на изменения в численности карибу и овцебык, предполагая, что овцебык может балансировать между ивами и березой при потеплении.

То, как ива и береза отреагируют на такие изменения, повлияет на количество хранимого углерода. Чем больше кустарников в Арктике, тем больше углерода поглощается из атмосферы. Разнообразие видов в тундре обеспечивает более эффективную углеродную губку, чем один из доминирующих видов кустарников.

Ученые отмечают, что древесные кустарники разрастаются во многих, хотя и не во всех безлесной арктической тундры. И эта трансформация чувствительного биома происходит буквально «под нашими ногами». При этом крупные травоядные животные могут сложным образом взаимодействовать с разрастанием кустарников, вызванным потеплением, потенциально формируя углеродный ландшафт.