Изменение климата угрожает весенним полевым цветам, ускоряя время, когда деревья над ними распускаются.

Для недолговечные весенние полевые цветы такой как древесный анемон (Анемона пятилистная) и Бриджи голландца (Дицентра кукуллария), время решает все.Эти мимолетные растения, известные как эфемеры, растут в лесах умеренного пояса по всему миру, распуская листья и цветя ранней весной, прежде чем деревья, возвышающиеся над ними, распустятся.Выйди слишком рано, и еще будет зима;появляются слишком поздно, и под пологом леса будет слишком тенисто для осуществления необходимого фотосинтеза.

За свою эволюционную историю эти растения определили лучшее время для своего выживания.Но изменение климата меняет весенние условия выращивания, и вместе с этим меняется жизнь растений.

Есть много примеров того, как растения сдвигают время цветения в ответ на потепление, например: цветение вишни раскрывается все раньше и раньше каждый год.Однако, когда одна часть экосистемы меняется, будут ли успешно меняться и все зависящие от нее организмы?Или им не повезет?А что, если взаимосвязанные виды реагируют на изменения с разной скоростью, что приводит к нарушениям давних экологических отношений?

Исследователи задают подобные вопросы о фенологии – времени биологических событий – связанные с изменением климата в течение многих лет.Но большинство исследований сосредоточено на взаимодействиях растений и животных, например, опылителей, выходящих на поверхность. неподходящее время для цветов.Гораздо меньше людей анализировали взаимодействие растений с растениями, например весенние эфемеры, которым нужно время, чтобы вырасти, прежде чем деревья распустят над ними листья и закроют солнечный свет.

Наша исследовательская группа исследовал несоответствие между полевыми цветами подлеска и кронами деревьев вокруг Конкорда, штат Массачусетс, используя исторические наблюдения, записанные Генри Дэвидом Торо, автором «Уолден», его классический рассказ о жизни в лесу..Мы обнаружили, что деревья в Конкорде были более чувствительны к весенним температурам, чем полевые цветы, и что это приводило к более раннему опадению листьев на деревьях. уменьшен доступный свет в подлеске.

Это открытие стало важным первым шагом, но мы хотели знать, сохраняются ли эти закономерности в других лесах умеренного пояса Северной Америки и всего Северного полушария.Наше исследование 2023 года показывает, что ответ - да.

Североамериканские несоответствия

Для этого исследования мы использовали образцы из гербариев – коллекций растений, которые были прессованы, высушены и каталогизированы.Растения, которые мы исследовали, были собраны на востоке Северной Америки за последние 100 лет.Мы оценили более 3000 прессованных образцов растений, чтобы определить время распускания листьев на деревьях и время цветения весенних полевых цветов.

Огромный масштаб этого исследования стал возможен благодаря тому, что гербарии оцифровали миллионы фотографий образцов растений и сделал их доступными в Интернете за последнее десятилетие.До того, как этот ресурс появился, исследователям приходилось путешествовать по многим музеям, разбросанным по стране.

Исторические данные о погоде также доступно онлайн сейчас.Это позволяет исследователям определить весеннюю температуру года и места, где был собран каждый экземпляр.

Наше исследование позволило нам подтвердить результаты нашей работы в Конкорде.Мы обнаружили, что при повышении температуры лиственные деревья на востоке Северной Америки распускают листья быстрее, чем реагируют местные полевые цветы.

Например, во время более прохладной весны, когда средняя 24-часовая температура в марте и апреле составляла 41 градус по Фаренгейту (5 градусов по Цельсию), деревья распускали листья через 13 дней после появления местных полевых цветов.Это дало цветам почти две недели полного солнца на лесной подстилке.Однако в более теплые весны, когда средняя температура составляла 58 F (15 C), деревья распускали листья всего через 10 дней после появления местных полевых цветов.Это дало полевым цветам примерно на 25% меньше времени на полный солнечный свет, в течение которого они могли фотосинтезировать.

Поскольку весенние температуры повышаются еще больше из-за изменения климата, мы ожидаем, что у полевых цветов будут еще более короткие периоды полного солнечного света.Это может означать значительное снижение энергообеспечения цветов и их способности выживать, расти и размножаться.

Мы также заметили, что деревья и полевые цветы в более теплой южной части своих ареалов распускают листья и цветут быстрее, соответственно, чем в более холодных северных местах.В этих зонах мы обнаружили большую разницу во времени между деревьями и полевыми цветами.Это означает, что вероятность фенологического несоответствия, когда местные полевые цветы с большей вероятностью будут затенены деревьями, выше на юго-востоке США.чем в районах севернее.

Параллели и различия на других континентах

В рамках исследования 2022 года мы сотрудничали с коллегами из Китая и Германии, чтобы оценить более 5000 образцов деревьев и полевых цветов, собранных за последние 120 лет.Мы хотели посмотреть, можно ли обнаружить фенологические несоответствия, которые мы зафиксировали в Северной Америке, в лесах умеренного пояса. Восточная Азия и Центральная Европа.

Наша команда обнаружила общую закономерность на всех трех континентах.Деревья и полевые цветы сейчас активны раньше, чем раньше, а в теплые годы и в теплых местах они активны раньше.

Однако, как ни странно, мы не увидели, что деревья в Северной Америке были более чувствительными, чем полевые цветы на двух других континентах.В Европе полевые цветы и кроны деревьев, казалось, с течением времени смещались вместе.В Азии полевые цветы подлеска смещались больше, чем деревья, а это означает, что в более теплом будущем они могут получать больше света, а не меньше.

Различия, которые мы обнаружили между тремя регионами, были обусловлены, прежде всего, различиями в чувствительности деревьев к температуре.Деревья на востоке Северной Америки сильнее реагировали на температурные изменения, тогда как азиатские деревья реагировали менее сильно.

Эти результаты позволяют предположить, что деревья восточной части Северной Америки стали особенно чувствительны к температуре, что является способом адаптации к климатическим условиям этого региона. сильно изменчивый климат.Напротив, деревья в Восточной Азии, очевидно, более чувствительны к другим факторам окружающей среды, таким как продолжительность светового дня, когда дело доходит до времени весеннего роста.

Информирование лесоуправления

Наши результаты ставят вопросы для дальнейших исследований.Если весенняя температура не является основным фактором, определяющим время распускания листьев и цветения деревьев и полевых цветов в Восточной Азии, то что это за сигналы?Как уменьшение весеннего светового окна для полевых цветов на востоке Северной Америки влияет на их энергетический баланс и способность выживать, расти и цвести?

Другой вопрос заключается в том, существуют ли какие-либо практические методы управления, такие как прореживание деревьев или удаление инвазивных растений, которые могут помочь полевым цветам справиться с постоянными проблемами изменения климата.Такие стратегии могли бы помочь людям оценить и сохранить весь спектр растений в лесах по всему миру, от которых мы зависим и которыми мы дорожим.