Im Regenwald tolerieren seltene Baumarten keine Nachbarschaft zu ihren Verwandten • Alexey Gilyarov • Wissenschaftsnachrichten zu den "Elementen" • Ökologie

Im Regenwald tolerieren seltene Baumarten keine Nachbarschaften mit ihren Verwandten

Draufsicht der Regenwaldkronen auf der Insel von Barro Colorado (Panamakanalzone). Foto © Christisn Ziegler aus dem Artikel von Owen T. Lewis in Natur

Traditionell glaubte man, dass die geringe Anzahl vieler Baumarten im Tropenwald ihnen hilft zu überleben, weil sie die Wahrscheinlichkeit des Todes von Samen und Setzlingen von spezialisierten Parasiten (hauptsächlich pathogene Pilze und Bakterien) und pflanzenfressenden Phytophagen verringert. Im Falle einer zerstreuten (verteilten) Verteilung von Pflanzen über eine große Fläche ist es für Parasiten und Phytophagen einfach schwieriger, sie zu finden. Jüngste Studien im tropischen Regenwald Mittelamerikas haben jedoch am Beispiel von 180 Baumarten gezeigt, dass die Überlebensrate ihrer Sämlinge verringert ist, wenn sie an Sämlinge oder ausgewachsene Bäume derselben Art angrenzen. Gleichzeitig war die negative Reaktion auf die Anwesenheit einer Anzahl von Pflanzen ihrer eigenen Art im Gegensatz zu den erwarteten in den kleinen, aber nicht gewöhnlichen Arten am ausgeprägtesten. So kann die Seltenheit einer bestimmten Pflanzenart nicht als Möglichkeit angesehen werden, ihre Überlebensrate zu erhöhen (aufgrund der erfolgreicheren Vermeidung von Feinden), sondern als Folge ihrer Unfähigkeit, die Nähe anderer Pflanzen der gleichen Art zu ertragen.In einer weiteren Studie am Beispiel von sechs Arten tropischer Bäume wurde experimentell gezeigt, dass die Überlebensrate von Keimlingen signifikant geringer ist, wenn sie auf dem Boden in der Nähe der Bäume derselben Art und nicht auf dem Boden unter den anderen Bäumen angebaut werden. Es ist offensichtlich, dass bodenpathogene Mikroorganismen diejenigen Spezies-spezifischen Mittel sind, die das Pflanzenwachstum hemmen. Es ist merkwürdig, dass in diesem Fall die inhibitorische Wirkung von "eigenem" Boden (genauer gesagt, einer eigenen Menge von Mikroorganismen) in seltenen, aber nicht in Massenbaumarten viel ausgeprägter ist.

Die ungewöhnlich große Vielfalt an Bäumen im Regenwald ist ein wahres Mysterium für Umweltschützer. Auf einem Grundstück von 50 Hektar können hier bis zu 1000 Baumarten wachsen. Von diesen sind einige Arten ziemlich häufig, aber die große Mehrheit ist selten. Wie überleben diese seltenen Arten, warum werden sie nicht durch zahlreiche Arten verdrängt? Schließlich besetzen sie praktisch alle die gleichen oder sehr enge ökologische Nischen, alle konkurrieren um die gleichen begrenzten Ressourcen, vor allem – um das Licht. Die Nachteile kleiner Zahlen liegen auf der Hand: Das Risiko des Aussterbens durch zufällige Ursachen ist groß.Aber kann die geringe Anzahl der Arten, genauer gesagt die geringe Bevölkerungsdichte, zumindest einen Vorteil bringen?

Lisa Koumita (Lisa S. Comita), die erste Autorin des Artikels in der Diskussion in WissenschaftMisst einen Baum in einem Regenwald auf Barro Colorado. Foto © Christian Ziegler von www.eurekalert.org

Als möglicher Mechanismus, der die Existenz seltener Arten unterstützt, wird üblicherweise die Janzen-Connell-Hypothese aufgestellt. Bereits in den 1970er Jahren nahmen diese beiden Forscher unabhängig voneinander an, dass spezialisierte phytophage Tiere oder pathogene Mikroorganismen (dh nur Pflanzen dieser Art essend oder angreifend) ihre Nahrungsobjekte (Parasiten – ihre Wirte) leicht finden, wenn sie Cluster bilden, anstatt über einen großen Bereich einzeln verstreut zu werden. Für einzelne Setzlinge einer bestimmten Baumart ist die Chance reif zu werden höher, wenn sich in der Nachbarschaft keine Pflanzen derselben Art befinden. Dementsprechend kann die geringe Anzahl und das Fehlen von Clustern in der Nähe der Mutterpflanze selbst als ein Weg zur Erhöhung des Überlebens interpretiert werden.

Trotz der Beliebtheit dieser Hypothese gibt es kaum überzeugende empirische Beweise, die ihre Gültigkeit stützen. es ist jedoch nicht überraschend, da dies eine lange und sehr mühsame Forschung erfordert.Und kürzlich in zwei führenden wissenschaftlichen Zeitschriften – Wissenschaft und Natur – Es gibt zwei Artikel, die die Ergebnisse von Langzeitbeobachtungen und Experimenten zusammenfassen, die in den tropischen Wäldern Mittelamerikas durchgeführt wurden. Die Ergebnisse dieser Arbeiten waren paradox.

Lisa S. Comita vom Nationalen Zentrum für ökologische Analyse und Synthese in Santa Barbara, Kalifornien, USA, zusammen mit Kollegen vom Smithsonian Tropical Research Institute das Gebiet des Panamakanals auf Barro Colorado Island (Insel Barro Colorado), wo es eine Waldfläche von 50 Hektar gibt, auf der alle Bäume mit einem Stammdurchmesser von mehr als 1 cm in Brusthöhe – 1,3 m bereits kartiert wurden. In diesem Fall interessierten sich die Forscher für die Bäume, die früher nicht berücksichtigt wurden jung, mit einem Zylinderdurchmesser von weniger als 1 cm und der Sämlinge -. eine Pflanzenhöhe von 20 cm von ihrem Überleben wurde für 5 Jahre an Seiten Größe von 1 × 1 m untersucht2verstreut über die Website. Insgesamt wurden in den Folgejahren mehr als 30 Tausend Jungpflanzen von 180 Arten etikettiert und vermessen.

Es wurde gefunden, dass die Überlebensrate von Sämlingen praktisch unabhängig von der Anwesenheit einer Anzahl von Bäumen anderer Arten, sowohl von erwachsenen als auch von Sämlingen, war.Die Anwesenheit benachbarter Pflanzen ihrer eigenen Spezies hatte jedoch einen negativen Effekt – verringerte die Überlebensrate von Sämlingen, und die Stärke der inhibitorischen Wirkung hing unerwartet invers von der relativen Häufigkeit dieser Art in der Gemeinschaft ab. Je weniger die Sichtweise war, desto ausgeprägter war die inhibitorische Wirkung der Kongenere. Für Massenarten wurde kein signifikanter Einfluss von Nachbarn ihrer eigenen Art aufgedeckt.

Der Einfluss von benachbarten Pflanzen der gleichen Art auf das Wachstum und das Überleben von Setzlingen für 180 Baumarten in Barro-Colorado. Waagerecht – Artenreichtum (logarithmische Skala). Vertikal – hemmende Wirkung von benachbarten Pflanzen der gleichen Art. Je stärker die negativen Auswirkungen der Nachbarn sind, desto niedriger sind die Arten. In seltenen Baumarten (linke Kante der Skala) Der inhibitorische Effekt ist ausgeprägter als der Masseneffekt (rechter Rand der Skala). Vertikale graue Linien – Standardfehler. Abb. aus dem von Comita et al. in der Wissenschaft

Angesichts der erzielten Ergebnisse sollte die geringe Anzahl (geringe Populationsdichte) vieler Arten tropischer Bäume nicht als das ursprüngliche, durch natürliche Selektion gebildete Eigentum betrachtet werdendazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit von Schäden an Setzlingen durch Parasiten oder Phytophagen zu reduzieren, und als direktes Ergebnis intraspezifisch Wechselwirkungen.

Die Autoren einer anderen Arbeit sind Scott Mangan (Scott A. Mangan) von der Abteilung für biologische Wissenschaften an der Universität von Wisconsin Milwaukee (Abteilung für biologische Wissenschaften, Universität von Wisconsin-Milwaukee, Wisconsin, USA) und seine Kollegen vom Smithsonian Tropical Research Institute sowie andere wissenschaftliche Einrichtungen Vereinigte Staaten – versucht, den Mechanismus selbst zu öffnen, durch den das Wachstum von Sämlingen gehemmt wird, wenn es eigene Nachbarn oder die Spezies eines anderen gibt. Die Forscher konzentrierten sich auf die Auswirkungen von Bodenpathogenen auf Pflanzen. Experimente wurden auch auf der Insel Barro Colorado durchgeführt. Für die Studie wählten wir 6 Arten von Bäumen, von denen beide selten und massiv waren (die Unterschiede in der relativen Häufigkeit um zwei Größenordnungen). Ihre Sämlinge wurden in Töpfen gezüchtet, die mit Erde gefüllt waren, die unter den Bäumen "ihrer eigenen" und in anderen Varianten – der "fremden" Arten gewonnen wurde.

Die Beziehung zwischen der Macht der negativen Auswirkungen auf das Wachstum von Setzlingen "ihren" Boden (waagerecht) und eine Fülle von Arten (vertikal) am Beispiel der Bäume von etwa. Barro Colorado.Bei den selteneren Arten ist die hemmende Wirkung anderer Individuen der gleichen Art (durch den Boden vermittelt) ausgeprägter als bei den Massenarten. Bezeichnungen verschiedener Arten: Ba – Brosimum alicastrum; BP – Beilschmiedia pendula; En – Eugenia nesiotica; Lp – Lacmellea panamensis; Tp – Tetragastris panamensis; Vs – Virola surinamensis. Abb. Mandan et al. in der Natur

Im Verlauf eines anderen Experiments, das nicht auf Barro-Colorado, sondern auf dem Festland durchgeführt wurde, wurden die Sämlinge direkt in die Natur, an die Orte der Akkumulation von eigenen Pflanzen und anderen Arten, verpflanzt. Die Ergebnisse all dieser Experimente zeigten, dass nur Boden, der unter den eigenen Bäumen, aber nicht anderen Arten gewonnen wurde, eine signifikante hemmende Wirkung auf das Wachstum von Baumsetzlingen hat. Bei verschiedenen Baumarten war der Grad des Einflusses "ihres" Bodens unterschiedlich. Und das Bemerkenswerteste ist, dass, wie in der Arbeit von Lisa Koumita und ihren Koautoren, der stärkste inhibitorische Effekt in kleinen, aber nicht gewöhnlichen Arten manifestiert wurde. Der Blattschaden durch Phytophage war vernachlässigbar. Es ist offensichtlich, dass der Haupteinfluss gerade mit einigen Bodenmikroorganismen in Verbindung stand, die sich in großer Anzahl in der Nähe der Mutterpflanzen entwickeln. Welche Art von Mikroorganismen ist noch unklar? Dies ist ein Thema der zukünftigen Forschung.Vorerst können wir nur sagen, dass Massenbaumarten Arten sind, die gegen pathogene Bodenmikroorganismen resistent sind.

Die Beziehung zwischen der Macht der negativen Auswirkungen auf das Wachstum von Setzlingen "ihren" Boden (horizontal) und der Fülle der Arten (vertikal) nach einem Feldexperiment im Regenwald auf dem Festland Panama, in der Nähe der Insel Barro-Colorado. Seltene Arten zeichnen sich durch eine stärkere Reaktion aus als die Masse. Bezeichnungen der Typen: Aa – Apeiba aspera; Sa – Simarouba amara; Ba – Brosimum alicastrum; BP – Beilschmiedia pendula; Lp – Lacmellea panamensis. Abb. Aus dem diskutierten Artikel Mangan et al. in der Natur

Die Ergebnisse der beiden unabhängig voneinander durchgeführten Studien erlauben einen völlig anderen Blick auf die Prinzipien der Regenwaldgemeinschaft. Wenn frühere Umweltschützer fast immer von einem Wettbewerbsparadigma ausgingen, dh es wurde angenommen, dass es eine Konkurrenz um Ressourcen ist, die ein gewisses Verhältnis von Artenzahlen bildet, kann dieses Paradigma nun durch ein anderes ersetzt werden, das die wichtige Rolle von Bodenpathogenen betont, die eine artspezifische hemmende Wirkung auf das Wachstum haben. und die Entwicklung von Jungpflanzen.

Quellen:
1) Liza S. Comita, Helene C.Muller-Landau, Salomón Aguilar, Stephen P. Hubbell. Asymmetrische tropische Baumgemeinschaft Wissenschaft. 2010. V. 329. P. 330-332.
2) Scott A. Mangan, Stefan A. Schnitzer, Edward A. Herre, Keenan M. L. Mack, Mariana C. Valencia, Evelyn I. Sanchez, James D. Bever. Negative Pflanzen-Boden-Rückkopplung sagt relative Häufigkeit von Baumarten in einem tropischen Wald voraus // Natur. 2010. V. 466. P. 752-755.
3) Owen T. Lewis. Nahe Verwandte sind schlechte Nachrichten // Natur. 2010. V. 466. P. 698-699.

Siehe auch:
1) Eine Vielzahl von tropischen Wäldern bieten Pilz-Parasiten, "Elemente", 03.05.2006.
2) Konkurrierende Arten koexistieren in denselben und in verschiedenen Nischen, "Elemente", 20.02.2007.
3) Im tropischen Amazonaswald stehen Bäume mit unterschiedlichen Lebensstrategien Seite an Seite, "Elements", 13. November 2008.
4) Verschiedene Arten koexistieren aufgrund intraspezifischer Variabilität, "Elemente", 03.10.2010.

Alexey Giljarow


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