Redwoods

生长在加州海岸线和沿海山脉上的红杉和橡树可能很快就会发现难以生存。人为造成的气候变化正在改变这些树木和其他树木所习惯的温度和降雨模式,许多树木已经接近它们所能忍受的边缘。

加州大学洛杉矶分校(UCLA)生态学和进化生物学教授劳伦·萨克(lauren Sack)表示,对一些加州本土物种来说,确定合适的新栖息地将很快成为生死攸关的问题。但如果这些树会说话,它们会告诉科学家它们想住在哪里呢?

在一项新的研究中,萨克和其他加州大学洛杉矶分校的生物学家领导的一个团队破译了树叶和木质茎中的一种秘密语言,这种语言指向了物种的最佳栖息地。科学家们可以利用这些信息更好地确定新的地点,在那里他们可以建立新的植物种群,并为它们现有的栖息地制定更好的保护措施。

令人惊讶的是,科学家和环保主义者还没有一种可靠的方法来确定任何给定植物物种的最佳环境;他们倾向于主要根据植物物种目前生长的地点来判断。但对许多植物来说,它们目前的栖息地并不理想。

例如,加州拥有丰富的物种,这些物种对某些气候环境来说是独一无二的,在世界其他地方是找不到的。但是,农业、工业和城市的发展已经把它们中的许多推向了栖息地的边缘,而气候变化只会加剧这个问题。因此,虽然将物种迁移到它们目前所在的栖息地或只保护它们目前的栖息地似乎是合乎逻辑的,但这两种方法都可能危及物种的未来生存。

这项发表在《功能生态学》杂志上的新研究描述了一个统计模型,该模型可以根据每个物种的高度估计它们喜欢的温度和降雨量;叶子的大小、凋萎点、解剖结构和化学成分;还有木材的密度。

然后,利用这些数据,科学家们创建了一个统计模型,预测每种物种偏好的温度和降雨量,而不仅仅是它们所能忍受的温度和降雨量。该模型还使科学家能够估计一种植物与当地气候的不匹配程度。

该论文的资深作者萨克说:“植物物种可以直接向我们揭示它们对气候的偏好,以及它们对潜在气候变化的脆弱性,这是它们的叶子和木材的‘语言’。”“现在我们知道了这一点,如果你给我们一片叶子和一块木头,我们就能很好地科学预测这种植物喜欢生活在哪里。

“我们正在关注植物用它们的组织和生理语言告诉我们的它们的偏好,旨在帮助它们在不断升级的气候挑战中生存下来。”

萨克与加州大学洛杉矶分校博士后学者卡米拉·梅代罗斯(Camila Medeiros)以及一个国际团队合作,分析了加州大学自然保护区系统内一系列环境中100多个物种的10种不同的叶子和木材特征。科学家们分析的生态系统类型——沙漠、沿海鼠尾草灌丛、灌木林、山地湿林、混合河岸林地和混合针叶林阔叶林——覆盖了加州约70%的土地面积。

该论文的第一作者Medeiros说:“树叶和木材特征与物种气候的对应关系是惊人的。”例如,在温暖干燥气候下生长的物种往往身高较矮,叶子更厚更密,凋零点更低——这些特征使它们在缺水时能够继续光合作用,在缺水时生长得更快。

Medeiros说:“物种在树木和树叶上对气候偏好的反映,显然是数千年来植物生理与加州气候相匹配的进化结果。”

“我们还发现,我们采样的生态系统中的许多植物所处的气候位置与我们估计的最佳生态位不同。随着气候变化的发生,我们认为这将加剧许多物种的敏感性,包括加利福尼亚七叶树等常见树木和紫色鼠尾草和加利福尼亚紫丁香等灌木。”

长期以来,科学家们一直对植物的功能特征是否可以用来准确预测它们的气候偏好存在分歧。到目前为止,还没有一项测试能将所有现有的最先进的测量技术——例如,用蒸汽压渗透法来确定植物的枯萎点——与先进的统计模型结合起来。

Medeiros说:“以前的一些研究逐一分析了单个方法,但我们的研究是同时应用所有方法的新研究,这给了我们前所未有的预测能力。”

Medeiros还说,这种方法可以用来帮助确定哪些濒危物种最需要保护。