Новое исследование в Nature
Годовой цикл сезонов — зима, весна, лето, осень — часто воспринимается как данность. Но наше новое исследование, опубликованное в Nature, используя новый подход для наблюдения за сезонными циклами роста с помощью спутников, показывает, что это представление слишком упрощённо.
Мы представляем беспрецедентный и детальный портрет сезонных циклов наземных экосистем Земли. Это выявляет «горячие точки» сезонной асинхронности по всему миру — регионы, где временные рамки сезонных циклов могут не совпадать между близлежащими местами.
Влияние на экологию и эволюцию
Затем мы показываем, что эти различия во времени могут иметь неожиданные экологические, эволюционные и даже экономические последствия.
Сезоны задают ритм жизни. Живые существа, включая человека, подстраивают время своих ежегодных действий, чтобы использовать ресурсы и условия, которые меняются в течение года.
Изучение этого времени, известное как «фенология», является давней формой наблюдения человека за природой. Но сегодня мы также можем наблюдать за фенологией из космоса.
Использование спутниковых данных
С помощью архивов спутниковых снимков за десятилетия мы можем использовать вычисления, чтобы лучше понять сезонные циклы роста растений. Однако методы для этого часто основаны на предположении о простых сезонных циклах и отчётливых вегетационных сезонах.
Этот метод хорошо работает в большей части Европы, Северной Америки и других высокоширотных регионах с суровыми зимами. Однако этот метод может испытывать трудности в тропиках и в засушливых регионах. Здесь спутниковые оценки роста растений могут меняться в течение года, без чётких вегетационных сезонов.
Применяя новый анализ к 20 годам спутниковых снимков, мы создали более точную карту времени циклов роста растений по всему миру. Наряду с ожидаемыми закономерностями, такими как задержка весны на больших высотах и широтах, мы обнаружили и более удивительные.
Неожиданные закономерности
Одна из таких закономерностей наблюдается в пяти средиземноморских климатических регионах Земли, где зимы мягкие и влажные, а лето жаркое и сухое. К ним относятся Калифорния, Чили, Южная Африка, южная Австралия и само Средиземноморье.
Эти регионы имеют «двойной пик» сезонного паттерна, ранее зарегистрированный в Калифорнии, потому что циклы роста лесов, как правило, достигают пика примерно на два месяца позже, чем в других экосистемах. Они также демонстрируют резкие различия во времени роста растений по сравнению с соседними засушливыми землями, где летние осадки более распространены.
Эта сложная смесь моделей сезонной активности объясняет один из основных выводов нашей работы: средиземноморский климат и соседние с ним засушливые земли являются «горячими точками» асинхронной сезонной активности. Другими словами, это регионы, где сезонные циклы в близлежащих местах могут иметь кардинально разное время.
Глобальные «горячие точки»
Другие глобальные «горячие точки» встречаются в основном в тропических горах. Сложные модели асинхронных сезонов, которые мы наблюдаем там, могут быть связаны со сложными способами, которыми горы могут влиять на воздушные потоки, определяя местные закономерности сезонных осадков и облаков. Эти явления всё ещё плохо изучены, но могут иметь фундаментальное значение для распределения видов в этих регионах исключительного биоразнообразия.
Идентификация глобальных регионов, где сезонные модели не синхронизированы, была первоначальной мотивацией нашей работы. И наше открытие, что они пересекаются со многими из горячих точек биоразнообразия Земли, может быть не совпадением.
В этих регионах сезонная доступность ресурсов может быть не синхронизирована, что повлияет на сезонные репродуктивные циклы многих видов, и экологические и эволюционные последствия могут быть глубокими.
Последствия для эволюции
Одним из таких последствий является то, что популяции с асинхронными репродуктивными циклами с меньшей вероятностью будут скрещиваться. В результате эти популяции, как ожидается, будут генетически расходиться, и, возможно, в конечном итоге даже разделятся на разные виды.
Если это произойдёт даже с небольшим процентом видов в любое время, то в долгосрочной перспективе эти регионы будут производить большое количество биоразнообразия.
Мы не знаем, действительно ли это происходит. Но наша работа делает первые шаги к тому, чтобы это выяснить.
Мы показываем, что для широкого спектра видов растений и животных наша спутниковая карта предсказывает резкие наземные различия во времени цветения растений и в генетической связанности между близлежащими популяциями.
Наша карта даже предсказывает сложную географию сбора урожая кофе в Колумбии. Здесь кофейные фермы, разделённые дневным перегонном через горы, могут иметь репродуктивные циклы, столь же не синхронизированные, как если бы они были разделены полушарием.
Понимание сезонных закономерностей в пространстве и времени важно не только для эволюционной биологии. Оно также имеет основополагающее значение для понимания экологии передвижения животных, последствий изменения климата для видов и экосистем, а также географии сельского хозяйства и других форм человеческой деятельности.
Хотите узнать больше? Вы можете изучить наши результаты более подробно с помощью этой интерактивной онлайн-карты.
Предоставлено The Conversation.