Kun Charles Darwin purjehti ensimmäistä kertaa trooppisiin alueisiin HMS Beagle -laivalla vuonna 1835, hän hämmästyi. 26-vuotias luonnontieteilijä oli odottanut löytävänsä samalla tasolla kasvien ja eläinten monimuotoisuuden kuin hän oli jättänyt jälkeen Plymouthin, Englannin, korkeammille leveysasteille. Sen sijaan leutoilla Galapagos-saarilla hän löysi joukon outoja ja monimuotoisia olentoja, jotka kukoistivat yhdessä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Kuinka tuhansivuotisista puista tuli uusi norsunluu
- Kuinka tutkijat ja alkuperäiskansojen ryhmät voivat ryhtyä metsien ja ilmaston suojelemiseen
- Miksi 10 päivittäistä tonnia muurahaiskoppaa pitää tämän sademetsän kukoistavana
Tutkiessaan rantaan maata Darwin kirjoitti muistiinpanoissaan, että pienten trooppisten saarien erilaisten "vihannesten ja eläinten" asukkaiden lukumäärä oli uskomattoman suurempi kuin muilla matkoillaan. Hän ihmetteli: Kuinka oli mahdollista, että tropiikalla näytti olevan niin paljon enemmän monimuotoisuutta kuin Euroopan pohjoisimmissa metsissä? Eikö näiden tiukasti pakattujen olentojen olisi pitänyt taistella sitä sukupuuttoon kauan sitten?
Darwin ei koskaan löytänyt vastausta kyseiseen salaperäisyyteen (loppujen lopuksi hänellä oli paljon mieltä), ja niin kysymys jatkui vielä toisen vuosisadan ajan. Lopuksi, 1970-luvun alkupuolella, kaksi ekologia tuli itsenäisesti saman hypoteesin selittämään salaperäinen ilmiö - ainakin puiden kanssa.
Daniel Janzen ja Joseph Connell esittivät näennäisesti vastaintuitiivisen selityksen. Heidän mukaansa trooppisista metsistä löytyvän hämmästyttävän kasvien monimuotoisuuden mahdollistavat kaksi tekijää: tiettyihin lajeihin kohdistuvien luonnollisten vihollisten esiintyminen ja populaation koon pitäminen kurissa sekä yhden lajin nuorten taipumus asettua kaukana heidän vanhempiensa kautta, niiden petoeläinten ulottumattomissa.
Viime aikoihin asti tutkijat ovat vain pystyneet osoittamaan, että Janzen-Connell-hypoteesi pitää paikkansa lokalisoiduissa tutkimuksissa. Ongelmana oli, että heillä ei ollut pääsyä sellaisiin maailmanlaajuisiin tietojoukkoihin, jotka olivat tarpeen selittämään laajempaa planeettakaavaa vähentävän monimuotoisuuden päiväntasaajasta napoille. Nyt Science- lehdessä viime viikolla julkaistussa uudessa tutkimuksessa tutkijat osoittavat, että tämä oletettu mekanismi on todellakin vastuussa metsien biologisen monimuotoisuuden globaaleista suuntauksista.
Myers omistaa trooppisen puun taimen Amazonin sademetsässä Perussa. (Jonathan Myers) Metsäekologit Jonathan Myers ja Joe LaManna matkustivat viime vuonna työpajaan Hainaniin, Kiinaan, ja se keskittyi Smithsonianin Forest Global Earth Observatory (ForestGEO) -tietojen analysointiin. Se on verkosto, joka sisältää 60 planeetan metsää, joita seurataan tyhjentävästi. Myers ja LaManna, molemmat Washingtonin yliopistosta Saint Louisista, Missourista, tiesivät, että ForestGEO voisi tarjota tarvittavan maailmanlaajuisen tietoaineiston vastatakseen kysymykseen, joka on hämmentänyt heitä ja muita ekologia Darwinin matkan jälkeen.
"Yksi lempeistä eroista lauhkean ja tropiikan välillä on, että kaikki nämä" ylimääräiset "lajit ovat hyvin harvinaisia", sanoo jatko-tutkija ja uuden tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja LaManna. Ajattele, että lauhkeat metsät voidaan pakata seinästä seinään punapuuhun, kun taas tropiikissa on täynnä lajia ainutlaatuisia puita, joita esiintyy usein erillään muista lajiensa puista. ”Kuinka nuo harvinaiset lajit voivat pysyä sukupuuttoon?” Kysyy Myers, biologian professori ja tutkimuksen yhteiskirjailija.
Tähän kysymykseen vastaaminen vaati massiivista sitoutumista. Aineisto keräsi 2, 4 miljoonaa puuta 3 000 lajista vaativalla tavalla, jotta varmistetaan vertailukelpoisuus kaikissa metsissä. Yli 50 tekijää 41 instituutiosta, mukaan lukien Smithsonian, analysoi sitten tiedot, jotka sisälsivät 24 ForestGEO-tonttia planeetan ympäri. "Se oli paljon", LaManna sanoo. "Jokainen varren halkaisijaltaan yksi senttimetri on kartoitettu, mitattu, merkitty ja tunnistettu."
Herkulen vaivaa kannatti. Tietojen analysoinnin jälkeen he havaitsivat yllättävän suuntauksen: Alueilla, joissa aikuisten puiden lukumäärä on suurempi, samojen lajien nuoria taimia oli vähemmän. Tämä malli oli silmiinpistävästi selvempi tropiikissa kuin maltillisilla alueilla, joista he ottivat näytteen.
Tämä tarkoittaa, että toisin kuin korkeampien leveysasteiden ekosysteemeissä, päiväntasaajan lähellä sijaitsevat puut ovat vähemmän todennäköisesti rinnakkain saman perheen naapureiden ympärillä. Vaikuttaa siltä, että jossain vaiheessa puun vanhemmat ja heidän lapsensa olivat yksimielisesti yhtä mieltä siitä, että oli aika muuttaa kellarista. Lukuun ottamatta metsää, kauempana asuminen ei vain anna emopuiden rentoutua tyhjään pesään. Se on lajien elämän ja kuoleman asia.
"Puiden kanssa se on vähemmän emopuun suora vaikutus jälkeläisiin", Myers sanoo. "Se on epäsuora vaikutus, jossa aikuisia hyökkäävät luonnolliset viholliset hyökkäävät myös jälkeläisiä." Nämä viholliset voivat olla patogeenejä, siemenpetolaisia tai kasvissyöjiä, jotka kohdistuvat yhteen lajiin. Aivan kuten kaupunkien tiheät ihmispopulaatiot mahdollistavat tartuntatautien nopean leviämisen, nämä viholliset voivat nopeasti tuhota saman lajin tiheän metsän.
Jos taimet asettuvat kauempana, on kuitenkin vähemmän todennäköistä, että joku vihollinen pyyhkii ne kaikki. "Luulet vihollisia olevan haitallisia vaikutuksia puihin, etenkin puut, joita on vähän", LaManna sanoo. "Mutta ne voivat olla vahva vakauttava voima - [viholliset] voivat tosiasiallisesti puskuroida heidät ja estää heitä sammumasta." Saatat sanoa: Tämänkaltaisten vihollisten kanssa kuka tarvitsee ystäviä?
"Se on muuttanut ajattelutapaa ekologiasta", Myers sanoo. "Vihollisella voi todella olla hyödyllinen vaikutus harvinaisten lajien ylläpitämisessä näissä yhteisöissä, erityisesti tropiikissa."
Kasviviljelmät petoeläimet jättävät taakse saaliin lehdet Madidiin, Boliviaan. (Jonathan Myers) Tiedot tarjoavat vakuuttavan selityksen miksi näemme tekemämme globaalit biologisen monimuotoisuuden mallit, sanoo metsäekologi ja Michiganin osavaltion yliopiston integroivan biologian professori Gary Mittelbach, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. "Se, että he pystyivät osoittamaan sen maailmanlaajuisesti standardisoiduilla menetelmillä, auttaa lujittamaan ajatusta", Mittelbach sanoo.
Yksi tutkimuksen heikkous on, että vaikka se viittaa globaaliin suuntaukseen, Keski-Euroopan pohjoisosasta tai Papua-Uuden-Guinean eteläpuolelta ei ole näytteitä. "Toivon, että heillä olisi enemmän [metsiä] Aasiassa ja Euroopassa, joten kaikki korkeat leveysasteet eivät ole Pohjois-Amerikassa", Mittelbach sanoo. Jopa silloin, kun korkeilla leveysasteilla näytteitä on vähän, olen kuitenkin edelleen melko vakuuttunut kuviosta, hän sanoo.
Vaikka tutkijat osoittivat menestyksekkäästi, että Janzenin ja Connellin esittämä suuntaus on totta, kysymys siitä, mikä juuri aiheuttaa tropiikissa niin monimuotoisuuden, on edelleen olemassa.
Myers spekuloi, että trooppisen ilmaston vakaus voi vaikuttaa sen rikkaaseen biologiseen monimuotoisuuteen verrattuna rajuihin muutoksiin, joita on tapahtunut geologisen ajan kuluessa korkeammilla leveysasteilla. "Laukaisella alueella on ollut paljon enemmän häiriöitä" tuhansien vuosien aikana, hän sanoo. ”Häiriöllä” Myers tarkoittaa jäälevyjä, jotka toistuvasti puskuttivat Pohjois-Amerikan ympäri Maan menneisyydessä.
Tropiikilla ei ole ollut sellaisia häiriöitä. Tutkijoiden mukaan trooppisten kasvi- ja eläinlajien korkea lisääntymisaste ja alhainen sukupuuttoon liittyvä vaikutus ovat suhteellisen mukavat. Se on heille onnistunut tähän mennessä hyvin, mutta metsät ympäri maailmaa muuttuvat epävakaampien ilmastokuvioiden seurauksena. Esimerkiksi, kun korkeammat leveysasteet lämpenevät, lauhkeat puut siirtyvät hitaasti pohjoiseen.
"Ilmastolla voi olla suora tai epäsuora vaikutus välittämällä vihollisten ja puiden välisen bioottisen vuorovaikutuksen voimakkuutta", Myers sanoo. "Jos lämpötila on lämpimämpää tai kosteampaa, voidaan olettaa, että taudinaiheuttajilla on vahvempi vaikutus."
Tutkijoiden paljastama globaali suuntaus kuvaa vain sitä, kuinka paljon maapallon biologisen elämän monimuotoisuus voi riippua pienimuotoisista vuorovaikutuksista. "Tämä mekanismi on maailmanlaajuinen prosessi, ja puhumme aikuisten, nuorten ja heidän erikoistuneiden vihollistensa vuorovaikutuksesta 10 metrin mittakaavassa", LaManna sanoo. "Tämä hyvin paikallisen tason vuorovaikutus edistää biologisen monimuotoisuuden rakennetta koko maapallolla."
