Исследование показывает, что быстрая эволюция растений может сделать прибрежные районы более уязвимыми для наводнений и повышения уровня моря.

Эволюция водно-болотных угодий Чесапикского залива происходила быстрее, чем считалось ранее, что может снизить вероятность того, что прибрежные болота выдержат повышение уровня моря в будущем. Исследователи из Университета Нотр-Дам и их сотрудники продемонстрировали это в недавней публикации в Наука.

Джейсон Маклахлан, доцент кафедры биологических наук, оценил роль, которую эволюция играет в экосистемах Чесапикского залива, изучая тип травянистого растения, Schoenoplectus americanus, также называемого камышом. Исследовательская группа использовала комбинацию исторических семян, найденных в образцах отложений керна, современных растений и вычислительных моделей, чтобы продемонстрировать, что «воскресшие» растения выделяют больше ресурсов в своих корнях под землей, что позволяет им накапливать углерод быстрее, чем современные растения.

«Мы думаем, что это неожиданное сокращение подземного роста может быть ответом на усиление загрязнения в Чесапикском заливе», — сказал Маклахлан. «Десятилетия загрязнения привели к более высокому уровню азота и фосфора в воде, и, поскольку это питательные вещества для растений, эволюция теперь может благоприятствовать растениям, которые «инвестируют» меньше в дорогие корни».

Семена исторических растений оставались под землей на территории Смитсоновского центра экологических исследований в заливе, бездействуя с середины 1900-х годов. Маклахлан и другие исследователи собирали их и позволяли им прорастать и расти. Этот тип исследований, известный как экология воскрешения, предоставляет прямые доказательства, подтверждающие предположения об эволюционных изменениях.

Вычислительные модели ранее установили угрозу повышения уровня моря для прибрежных водно-болотных угодий и включили понимание учеными того, как наводнение влияет на рост растений и как рост растений влияет на стабильность. В то время как современные растения и образцы середины 1900-х годов одинаково росли над землей, современные растения вкладывали меньше ресурсов в укоренение глубже под землей. Это создало меньше биомассы под землей и могло снизить способность водно-болотных угодий противостоять наводнениям.

Маклахлан и его сотрудники показали с помощью вычислительных моделей, что современные растения накапливают углерод в почве на 15 процентов медленнее, чем растения в середине 1900-х годов.

Маклахлен был поражен скоростью, с которой происходили эволюционные изменения у Schoenoplectus americanus. «Исследование показывает, какую роль играет эволюция, поскольку экосистемы все больше подвергаются воздействию человеческого общества», — сказал он.

Первый автор Меган Вахсен, докторант Нотр-Дама, обнаружила важность признаков подземных растений еще в 2017 году, будучи первокурсницей Нотр-Дама. Хотя исследователи не могут конкретно сказать, что растения вкладывают относительно больше своей энергии над землей и меньше под землей из-за загрязнения, она считает, что комбинация методов, используемых в текущем исследовании, дает новые прогнозы о влиянии эволюции на экосистемы. Она ожидает, что исследование побудит исследователей изучать причины, которые вызывают эволюционные изменения.

«Из соображений неудобства наука часто игнорировала то, что происходит под землей», — сказала она, отметив, что она и студенты Нотр-Дама потратили около 500 часов на мытье и сортировку корней растений. «Но мы так много узнали в этом исследовании, так много секретов происходит под землей».

Маклахлан сказал, что исследование еще раз демонстрирует роль, которую играет эволюция, поскольку экосистемы все больше подвергаются воздействию человеческого общества.

«Эволюционные изменения за почти столетие сыграли дестабилизирующую роль в прибрежных экосистемах. Другие виды в других экосистемах могли по-разному реагировать на воздействие человека на окружающую среду, возможно, повышая устойчивость экосистем или, возможно, не оказывая никакого воздействия», — сказал он. «Теперь, когда мы показали, что эволюционные изменения могут быть достаточно быстрыми и значительными, чтобы повлиять на устойчивость экосистемы, мы надеемся, что другие исследователи рассмотрят этот компонент биологической реакции на глобальные изменения окружающей среды».

Среди других участников этого исследования Майкл Блюм и Скотт Эмрих из Университета Теннесси; Джим Холмквист и Патрик Мегонигал из Смитсоновского центра экологических исследований; Брэди Стиллер из Университета Нотр-Дам; и Кэти Тодд-Браун из Университета Флориды в Гейнсвилле.