28.11.2013

Растения забираются в горы, спасаясь от глобального потепления

Российские ученые обнаружили универсальные закономерности в трансформациях, которые претерпевают высокогорные растительные сообщества при изменении климата. Результаты своих четвертьвековых наблюдений они опубликовали в журнале PNAS.

При повышении среднегодовой температуры всего на 0,6°C растения способны взобраться в горы на 100 м выше своего оптимума, говорится в публикации.

Изменение климата влияет на состав и структуру всех без исключения растительных сообществ нашей планеты.

Потепление считают одной из важнейших причин позеленения тундры и продвижения многих видов сосудистых растений высоко в горы.

Экологи уделяют особое внимание научным прогнозам о том, как изменятся привычные нам экосистемы в будущем. Такие выкладки чрезвычайно актуальны, поскольку все природные явления взаимосвязаны.

Важными признаками, которые наиболее значимы в оценке отклика на изменение температуры окружающей среды, прежде считали представленность в составе растительных сообществ определенных жизненных стратегий, связанных с формой роста, — трав, кустарников или деревьев (например, в тундре даже береза превращается в карликовый стелющийся кустарничек — ерник), а также функциональный тип растений (этот показатель не зависит от степени их родства, и его определяют, например, по способности наращивать биомассу).

Скажем, при потеплении в северном или альпийском горном сообществе может увеличиваться доля вечнозеленых травянистых растений и кустарников.

Но эту теорию специалисты часто подвергали критике из-за того, что, по их мнению, для точного предсказания она не годится, поскольку достаточно груба и приблизительна.

В последнее время появились обширные базы данных, в которых собрана информация о важных функциональных признаках растений, населяющих нашу планету. И эти данные вполне могут быть использованы для поиска закономерностей, лежащих в основе формирования растительных сообществ в условиях стремительно изменяющегося климата.

Ученые из Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Тебердинского заповедника, Карачаево-Черкесского университета им. У. Д. Алиева и Университета Амстердама, Нидерланды, пошли иным путем: провели классическое долгосрочное исследование.

Они наблюдали, как развиваются растения в четырех альпийских сообществах Северо-Западного Кавказа в течение 23—28 лет.

У представителей 50 альпийских видов они ежегодно измеряли массу побегов и множество других параметров. За четверть века, по данным Тебердинской метеостанции, температура в регионе в среднем повысилась на 0,6°C, а в летний период — время роста и развития растений — на 2°С, в то же самое время какую-либо закономерность в изменении количества осадков за этот период проследить не удалось.

Для каждого вида растений в отдельности ботаники оценивали количество побегов на квадратный метр площади в зависимости от температуры. Измеряли площадь отдельных листьев и их сухую массу, а также соотношение содержания в корнях основного элемента питания, азота, и длины корневой системы. Чтобы оценить, насколько эффективно растения используют пищевые ресурсы — фиксируют углекислый газ воздуха, создавая из него органические соединения, и азот почвы — важный компонент белковых молекул, — исследователи провели массу других измерений. Измеряли толщину листа и соотношение углерода в корнях и листьях, соотношение углерода и азота в различных частях растений, количество и вес образуемых ими семян.

«Конечно, никто с равнины в горы не перебирался, — пояснил один из авторов исследования Владимир Онипченко, заведующий кафедрой геоботаники МГУ им. М. В. Ломоносова. — Но на наших площадках увеличилась доля видов, имеющих оптимум для роста и развития на 100 м ниже, хотя все равно в высокогорье».

Исследователям, по словам Онипченко, удалось обнаружить еще одну интересную закономерность: «Те виды, которые увеличивали свое участие в высокогорных экосистемах за последние десятилетия (в основном термофильные — теплолюбивые), имели меньшую удельную листовую поверхность — площадь единицы массы листа». Кроме того, толщина листовой пластины у многих представителей альпийских сообществ с повышением температур увеличивалась, и это понятно: чем толще лист, тем лучше он способен бороться с перегревом и сохранять воду.

Многим высокогорным видам свойственно размножение вегетативными надземными и подземными побегами. С повышением температуры шансы образовать семена возрастают. И хотя растения в целом действительно стали давать больше семян, чем в прежние годы, по мнению исследователей, увеличение доли семенного размножения все же не является надежным прогностическим признаком для оценки их реакции на потепление. Скорее это работает на долгосрочную перспективу, позволяя сохранить генетическую пластичность видов.

Тебердинский заповедник, в котором проводилось исследование, существует уже более 70 лет. Природа здесь сохранила свой первозданный вид. Строгий режим охраны и ненарушенность хозяйственной деятельностью человека, отсутствие стихийных бедствий и вспышек численности и эпидемий среди животных, населяющих этот уголок природы, позволили исследователям исключить воздействие на растения Теберды других экологических факторов и сосредоточиться на влиянии климата.

Лариса Аксенова

Источники:

1. Газета.Ru