Деревья до сих пор сохраняют защитные механизмы против давно вымерших животных

Фото из открытых источников

Наиболее колючие растительные сообщества в тропиках произрастают там, где когда-то кормились крупные травоядные млекопитающие. На большей части территории Америки многие из этих животных исчезли тысячи лет назад, включая гигантских наземных ленивцев и гомфотериев — родственников слонов с бивнями. Шипы, формировавшиеся благодаря им, до сих пор сохранились на деревьях.

Образование шипов отнимает у растения ресурсы, которые оно могло бы потратить на листья или семена. И всё же растения в этих ландшафтах продолжают их создавать.

Рейчел Соуза Феррейра из Немецкого центра комплексных исследований биоразнообразия в Лейпциге, разработала исследование совместно с Ренске Онштайн из Центра биоразнообразия Naturalis в Лейдене. Она изучила шипы на 2686 видах мимозоидных растений, что составляет три четверти группы тропических бобовых, в которую входят акации и мескиты. Затем она сопоставила эти растения с 368 крупными травоядными млекопитающими, 153 из которых вымерли. Результаты исследования были опубликованы в журнале New Phytologist.

«Наши исследования показывают, что растительные сообщества, которые мы видим сегодня, формируются не только текущими экологическими условиями, но и взаимодействиями, происходившими тысячи лет назад», — сказала Соуза Феррейра.

Кислотность почвы и продолжительность сухого сезона в тропиках слишком тесно связаны, чтобы объединить их в одну модель, поэтому команда разработала четыре модели. Они провели каждое измерение один раз с использованием современных браузеров и один раз с браузерами доисторических времен.

Наиболее точная из четырех моделей связывала вымерших травоядных животных с почвой и объясняла примерно четверть различий между местами. Аналогичное сочетание с живыми растениями, растущими в почве, объяснило немного меньше. Однако живые растения действительно лидировали в обеих моделях для засушливого сезона.

Каждое учтенное животное весило не менее 10 кг и питалось листьями или смешивало листья с травой. Чисто травоядные животные были исключены из подсчета, поскольку колючки защищают листья, а не дерн.

Команда создала карты распространения растений на основе 444 471 записи о местонахождении растений из GBIF и региональных коллекций. В доисторические времена на одном квадратном участке размером 100 км обитало до 34 видов крупных травоядных животных. Сегодня нигде не встречается более 18 видов, живущих вместе.

К концу последнего ледникового периода Южная Америка потеряла примерно 80 видов крупных травоядных животных, что составляет около 40 процентов от общего числа. Африка потеряла 27 видов, около 18 процентов. Америка казалась очевидным местом для поиска наследия, но вымершие виды травоядных животных имели большее значение, чем ныне живущие в Африке.

«Больше всего меня удивило, что следы вымерших травоядных животных все еще можно обнаружить в глобальном масштабе, несмотря на серьезные экологические и природоохранные изменения, произошедшие с тех пор, как эти животные исчезли», — говорит Соуза Феррейра.

Колючие виды особенно распространены в засушливых кустарниковых зарослях Каатинга на северо-востоке Бразилии, на юго-западе Мадагаскара, на Африканском Роге и в регионе Гран-Чако. Однако в Серрадо, обширной бразильской саванне, они встречаются примерно так же редко, как и в тропических лесах Амазонки.

Кислотность почвы оказалась самым сильным отдельным предиктором в двух глобальных моделях, которые ее использовали, опередив даже браузеры. Больше колючих видов встречается в местах с менее кислой почвой, а листья, растущие на таких почвах, как правило, богаче питательными веществами.

Если заменить продолжительность засушливого сезона на продолжительность сухого, то лидирующие позиции займут животные, питающиеся листьями и кустарниками. Команда подсчитала количество месяцев подряд с количеством осадков менее 100 мм, а более длительные засушливые сезоны сопровождались большим количеством колючек.

Огонь не имел прямой связи с шипами, только с травоядными животными. На разных континентах климат и почва имели большее значение, чем животные.

Соуза Феррейра отмечает, что, по всей видимости, форма шипов зависит от взаимодействия травоядных животных с окружающей средой, а не от какого-либо одного фактора. А баланс между этими факторами различается от региона к региону, поэтому одна и та же линия защиты может возникнуть в разных исторических условиях.

Команда также восстановила историю каждого типа позвоночника на основе генеалогического древа, включающего 1860 видов. Парные шипы у основания листа, подобные тем, что встречаются у африканских акаций, появились впервые, около 33 миллионов лет назад.

Шипы, которые растут на внешней поверхности стебля, появились примерно 30 миллионов лет назад. Тропические саванны распространились лишь 8–3 миллиона лет назад. Оба более древних типа колючек существовали задолго до них, более чем на 20 миллионов лет.

Два более молодых вида лучше соответствуют этим животным. Шипы, образовавшиеся из зачатков, появились около 16 миллионов лет назад. Примерно 15,6 миллионов лет назад, по мере размножения антилоп и их родственников, целые побеги затвердели и превратились в колосовидные соцветия.

Здесь нет результатов экспериментов. Команда сравнила карты и эволюционные генеалогические древа, поэтому результаты выявляют закономерности, а не доказывают их причину.

Ареалы обитания доисторических животных представляют собой приблизительные оценки, реконструированные на основе базы данных PHYLACINE, содержащей информацию о млекопитающих, живших за последние 130 000 лет. Ископаемые и другие данные неравномерны, поэтому места обитания вымерших животных остаются неопределенными.

Исследователи также учли тот факт, что соседние районы, как правило, похожи друг на друга. После этой корректировки связь между живыми видами браузеров и позвоночниками перестала быть статистически очевидной, но связь с вымершими видами браузеров сохранилась.

До сих пор никто не сравнивал размер и остроту шипов растений с шипами травоядных животных, которые обитают или когда-то обитали в тех же регионах. Соуза Феррейра и е соавторы предложили сделать это в качестве следующего шага.

Численность крупных травоядных животных в настоящее время снова стремительно сокращается.

«Наследие вымершей мегафауны показывает нам, что последствия исчезновения крупных травоядных животных не заканчиваются с их исчезновением», — говорит Соуза Феррейра.

Потеря этих растений меняет важную составляющую нагрузки на них и может повлиять на их защитные механизмы и целые сообщества в течение нескольких поколений, отметила она.

«Наше исследование не может точно предсказать, как растительные сообщества отреагируют на нынешнее сокращение численности травоядных животных, но оно показывает, что последствия потерь, происходящих сегодня, могут оставаться заметными в экосистемах еще долгое время в будущем», - резюмирует Соуза Феррейра.