Da Charles Darwin først seilte inn i tropene ombord på HMS Beagle i 1835, ble han lamslått. Den 26 år gamle naturfysiologen hadde forventet å finne samme nivå av mangfoldighet av planter og dyr som han hadde etterlatt seg i de høyere breddegradene i Plymouth, England. I stedet, på de milde Galapagosøyene, fant han et mangfoldighet av rare og mangfoldige skapninger som trives sammen.
Relatert innhold
- Hvordan tusen år gamle trær ble det nye elfenbenet
- Hvordan forskere og urfolksgrupper kan slå seg sammen for å beskytte skog og klima
- Hvorfor 10 daglige tonn ant Poop holder denne regnskogen blomstrende
Da han kjørte på land for å utforske, noterte Darwin i notatene sine at antallet forskjellige ”grønnsaker og dyr” -innbyggere på bittesmå tropiske øyer var påfallende høyere enn på andre steder langs seilasen hans. Han lurte på: Hvordan var det mulig at tropene så ut til å inneholde så mye mer mangfoldighet enn Europas nordligere skoger? Burde ikke disse tettpakkete skapningene ha kjempet mot utryddelse for lenge siden?
Darwin fant aldri ut svaret på det bestemte mysteriet (han hadde tross alt mye i tankene), og derfor vedvarte spørsmålet i et århundre igjen. Til slutt, på begynnelsen av 1970-tallet, kom to økologer uavhengig av den samme hypotesen for å forklare det mystiske fenomenet - i det minste med trær.
Daniel Janzen og Joseph Connell la frem en tilsynelatende motsatt forklaring. Kanskje, antydet de, er det forbløffende plantemangfoldet vi finner i tropiske skoger muliggjort av to faktorer: tilstedeværelsen av "naturlige fiender" som retter seg mot spesifikke arter og holder populasjonsstørrelsen i sjakk, og ungdommene av en art til å bosette seg langt borte fra foreldrene, utenfor rovdyrens rekkevidde.
Inntil nylig har forskere bare kunnet bevise at Janzen-Connell-hypotesen stemmer i lokaliserte studier. Problemet var at de manglet tilgang til den typen globale datasett som er nødvendige for å forklare det bredere planetmønsteret med avtagende mangfold fra ekvator til poler. Nå, i en ny studie publisert forrige uke i tidsskriftet Science, viser forskere at denne hypotese mekanismen faktisk er ansvarlig for globale trender innen biologisk mangfold av skoger.
Myers har en tropisk treplante i Amazonas regnskog i Peru. (Jonathan Myers) I fjor reiste skogøkologene Jonathan Myers og Joe LaManna til et verksted i Hainan, Kina, og fokuserte på analyse av data generert av Smithsonians Forest Global Earth Observatory (ForestGEO), et nettverk av 60 skoger over hele planeten som er uttømmende overvåket. Myers og LaManna, begge fra Washington University i Saint Louis, Missouri, visste at ForestGEO kunne tilby det globale datasettet de trengte for å svare på spørsmålet som har irritert dem og andre økologer siden Darwins seilas.
"En av de slående forskjellene mellom tempererte og tropiske er at alle disse" ekstra "artene er veldig sjeldne, " sier LaManna, en post-doktorgradsforsker og førsteforfatter av den nye studien. Tenk på at tempererte skoger kan pakkes vegg til vegg med rødtrær, mens tropene er prikket med en mengde unike trær som ofte eksisterer isolert fra andre i deres art. “Hvordan kan de sjeldne artene vedvare i møte med utryddelse?” Spør Myers, professor i biologi og medforfatter på studien.
Å svare på dette spørsmålet krevde et enormt tilsagn. Datasettet rangerte 2, 4 millioner trær fra 3000 arter på en nøyaktig måte for å sikre sammenlignbarhet i hver skog. Mer enn 50 medforfattere fra 41 institusjoner inkludert Smithsonian analyserte deretter dataene, som spredte 24 ForestGEO-tomter rundt hele planeten. "Det var mye, " sier LaManna. "Hver stamme ned til en centimeter i diameter er kartlagt, målt, merket og identifisert."
Den herculean innsatsen lønnet seg. Etter å ha analysert dataene, fant de en overraskende trend: I områder med større antall voksne trær var det færre unge ungplanter av samme art. Dette mønsteret var påfallende mer uttalt i tropene enn i de tempererte områdene de tok prøve.
Dette betyr at i motsetning til i økosystemer med høyere breddegrad, nær ekvatortrærne er mindre sannsynlig å eksistere rundt naboer i samme familie. Det er som om treforeldrene og ungplantene deres på et tidspunkt var enige om at det var på tide å flytte ut av kjelleren. Bortsett fra i en skog, som bor lenger fra hverandre, lar ikke bare foreldretrærne luksuriøse være i sitt tomme rede. Det er et spørsmål om liv og død for arten.
"Med trær er det mindre en direkte effekt av foreldretreet på avkommet, " sier Myers. "Det er en indirekte effekt der de naturlige fiendene som angriper de voksne også angriper avkommet." Disse fiendene kan være patogener, frøpredatorer eller planteetere som retter seg mot en art. Akkurat som tette menneskelige bestander i byer muliggjør rask spredning av smittsomme sykdommer, kan disse fiendene raskt ødelegge en tett skog av samme art.
Hvis ungplantene dine bosetter seg lenger unna, er det imidlertid mindre sannsynlig at en fiende vil utslette dem alle. "Du tenker på fiender som dårlige påvirkninger på trær, spesielt de med lite overflod, " sier LaManna. "Men de kan være en sterk stabiliserende styrke - [fiender] kan faktisk buffe dem og hindre dem i å bli utryddet." Du kan kanskje si: Med fiender som dette, hvem trenger venner?
"Det har endret måten jeg tenker på økologi, " sier Myers. "Fienden kan faktisk ha en gunstig effekt når det gjelder å opprettholde de sjeldne artene i disse samfunnene, spesielt i tropene."
Urtete rovdyr etterlater seg hulete blader i Madidi, Bolivia. (Jonathan Myers) Dataene gir overbevisende forklaring på hvorfor vi ser de globale biologiske mangfoldsmønstrene vi gjør, sier Gary Mittelbach, skogøkolog og professor i integrativ biologi ved Michigan State University som ikke var involvert i studien. "Det faktum at de klarte å vise det på verdensbasis med standardiserte metoder, hjelper til med å stivne ideen, " sier Mittelbach.
En svakhet ved studien er at selv om det innebærer en global trend, er det ingen prøver fra Nord-Sentral-Europa eller sør for Papua Ny-Guinea. "Jeg ønsker at de hadde flere [skoger] i Asia og Europa, så ikke alle de høye breddegradene er i Nord-Amerika, " sier Mittelbach. Selv med mangel på prøver fra høye breddegrader, "er jeg likevel ganske overbevist om mønsteret, " sier han.
Selv om forskerne med suksess viste at trenden fra Janzen og Connell stemmer, gjenstår fortsatt spørsmålet om hva som er årsaken til at tropene er så forskjellige.
Myers spekulerer i at stabiliteten i det tropiske klimaet kan bidra til det rike biologiske mangfoldet, sammenlignet med de drastiske endringene som har skjedd over geologisk tid på høyere breddegrader. "Det har vært mye mer forstyrrelse i den tempererte sonen" de siste tusenvis av år, sier han. Med "forstyrrelse", betyr Myers isark som gjentatte ganger bulldoserte over Nord-Amerika i jordas fortid.
Tropene har ikke tålt slike forstyrrelser. Forskere tilskriver den høye reproduksjonen og lave utryddelsesgraden i tropiske arter av planter og dyr til det relativt komfortable klimaet. Det har fungert bra for dem frem til nå, men skoger rundt om i verden endrer seg som et resultat av mer flyktige klimamønstre. Når for eksempel høyere breddegrader blir varmere, trekker tempererte trær sakte nordover.
"Det kan være en direkte eller indirekte påvirkning av klimaet i å formidle styrken til de biotiske samspillene mellom fiender og trær, " sier Myers. "Hvor det er varmere eller våtere, kan du forvente at patogener vil ha sterkere innflytelse."
Den globale trenden disse forskerne har avdekket, illustrerer hvor mye mangfoldet av biologisk liv på jorden kan henge sammen i småskala interaksjoner. "Denne mekanismen er en global prosess, og vi snakker om samhandling mellom voksne, unge og deres spesialiserte fiender i størrelsesorden 10 meter, " sier LaManna. "Det veldig lokale samspillet bidrar til et mønster av biologisk mangfold over hele kloden."
