Ученые предложили обновленную структуру роли папоротников в восстановлении окружающей среды после катастрофы. Вместо того, чтобы конкурировать с другими организмами, папоротники могут выступать в качестве посредников, которые облегчают другим растениям и животным путь к восстановлению в поврежденном ландшафте. Исследование был опубликовано в журнале BioScience.
В исследовании рассматривается, как биосфера восстанавливается после крупных потрясений, будь то лесные пожары или падения астероидов, используя то, что ученые называют «содействующей» структурой (где действия организмов помогают друг другу), а не давно принятую «конкурентную» структуру.
Папоротники — это распространенный тип сосудистых растений, которые можно встретить в лесах, садах и на многих полках в квартирах. В отличие от многих других сосудистых растений , папоротники не цветут и не дают семян. Вместо этого они размножаются спорами. Папоротники впервые появились на Земле около 360 миллионов лет назад в девонский период и до появления цветковых растений были наиболее распространенными сосудистыми растениями на Земле.
Папоротники часто являются одними из первых растений, которые восстанавливаются в районах, пострадавших от масштабных потрясений, и было высказано предположение, что это происходит потому, что папоротники производят споры в больших количествах, которые широко распространяются ветром. Некоторые ученые, особенно в области геологии и палеонтологии, использовали этот «конкурентный» успех папоротников в качестве основы для экологических теорий о том, как происходит реколонизация после потрясений.
Однако в последние годы все больше исследований показывают, что восстановление связано не только с конкуренцией. Положительные взаимодействия, известные как фасилитация, между папоротниками и другими видами также играют важную роль. Авторы недавнего исследования полагают, что пришло время пересмотреть положительные взаимодействия в экосистемах, а не возвращаться к конкурентной структуре.
«Я люблю представлять экосистемы сквозь время и играть в игру в голове, в которой я спрашиваю себя: «Если бы я могла стоять здесь 1 миллион лет, окаменело бы это?» — говорит ведущий автор Лорен Азеведо Шмидт из Калифорнийского университета в Дэвисе. «Благодаря ментальной гимнастике времени, которой я занимаюсь, мои исследовательские вопросы следуют по одному и тому же пути. Как мне создать синергию между современными и палеоисследованиями?»
Команда рассмотрела идеи, которые были разработаны на основе наблюдения за современными организмами, а также древними популяциями в палеонтологической летописи. Они предполагают, что вместо того, чтобы вытеснять другие виды, папоротники действуют как посредники для восстановления экосистемы, стабилизируя почву, улучшая свойства почвы и посредничая в конкуренции между другими организмами. Это меняет позицию папоротников как посредников экологического восстановления в нарушенных местообитаниях.
Это имеет широкие последствия для понимания того, как сообщество восстанавливается, и важности позитивных взаимодействий после событий, вызывающих беспокойство. Поскольку папоротники являются одними из древнейших линий растений на Земле и пережили невообразимые климатические условия и события вымирания, они предоставляют важную информацию для лучшего понимания палеонтологической летописи и Земли до появления людей.
«Вымирание в мел-палеогеновый период [K-Pg] изменило биосферу Земли, в результате чего вымерло около 75% видов и до 90% растений», — сказал Азеведо Шмидт. «С такими масштабами разрушений людям (к счастью) никогда не приходилось сталкиваться, поэтому об этом трудно даже думать. Но это то, что мы должны учитывать при проведении исследований/решении вопросов, связанных с экзобиологией».
Долголетие папоротников на Земле дает представление об эволюции жизни на Земле, даже несмотря на некоторые из самых разрушительных катастроф на планете. Это представляет интерес для астробиологии и экзобиологии, поскольку изучение того, как факторы окружающей среды могут и повлияли на масштабную эволюцию жизни на Земле через массовые вымирания и массовые радиационные события, может помочь нам понять потенциал происхождения, эволюции и распространения жизни в других местах Вселенной.
Помимо их значимости для астробиологии, устойчивость папоротников и их способность помогать восстанавливать поврежденную окружающую среду также могут сделать их важными партнерами для будущих миссий человека в космосе. Программа космической биологии НАСА поддержала эксперименты по изучению того, как растения адаптируются к космосу, ожидая, что полученные знания могут привести к способам выращивания сельскохозяйственных культур для получения свежей пищи.
Уроки, извлеченные из изучения устойчивых растений, таких как папоротники, могут направлять усилия по адаптации сельскохозяйственных культур к суровым условиям космоса, чтобы они могли служить надежным источником пищи, пока люди исследуют направления за пределами нашей планеты. Предыдущие исследования также изучали, как растения могут поддерживать чистоту воздуха в закрытых помещениях, таких как Международная космическая станция, или в местах обитания на Луне или Марсе.
«Папоротники смогли полностью преобразовать биосферу Земли после разрушительного события вымирания K-Pg [мел-палеогенового периода]. Окружающая среда пережила пожары континентального масштаба, кислотные дожди и ядерную зиму, но папоротники смогли выдержать невероятный стресс и улучшить свою среду обитания», — говорит Азеведо Шмидт. «Я думаю, мы все можем чему-то научиться у могучих папоротников».
