Proč tolik druhů stromů koexistuje v druhově bohatých lesích a jak to souvisí s určitými prostorovými vzorci druhů stromů, je v ekologii již dlouho tématem debat. Objasnění této otázky je důležité, protože může poskytnout cenné poznatky o stabilitě druhově bohatých lesů. Mezinárodní tým vědců vedený Helmholtzovým centrem pro environmentální výzkum (UFZ) objevil neočekávané vzorce v prostorovém rozložení druhů stromů a svá zjištění publikoval v časopise Nature. Aby byla zajištěna koexistence druhů stromů, tropické a mírné lesy úspěšně využívají protichůdné strategie založené na shlukování stromů a jejich početnosti.
Jsou skutečnou zásobárnou dat: S více než 75 trvalými pozorovacími plochami ve 29 zemích světa nabízí síť Forest Global Earth Observatory (ForestGEO) Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) vynikající příležitost k výzkumu dynamiky lesních ekosystémů s cílem lépe porozumět procesům, které ovlivňují strukturu a funkci lesů. Na těchto plochách o rozloze 20 až 50 hektarů byl každý strom identifikován, měřen a pozorován více než 40 let, často více než 200.000 21 stromů na plochu. Dva ekosystémoví modeláři UFZ, Dr. Thorsten Wiegand a prof. Dr. Andreas Huth, se blíže podívali na XNUMX lokalit v tropech, subtropech a mírném pásmu. Mezinárodní tým koordinovaný oběma výzkumníky UFZ analyzoval s využitím dat ForestGEO, jak jsou druhy stromů v lesích rozloženy a které procesy jsou zodpovědné za tyto prostorové vzorce. „Hledání principů, které řídí prostorové rozložení druhů stromů a dynamiku lesů, je v teoretické ekologii již dlouho výzvou,“ popisuje tuto otázku hlavní autor studie Thorsten Wiegand.
Pro své analýzy výzkumný tým zkoumal všechny jednotlivé stromy s průměrem kmene alespoň 10 centimetrů v různých grafikách ForestGEO. „Čím blíže jsou studované lesní lokality k rovníku, tím menší je pravděpodobnost, že stromy vzácných druhů mají poblíž svého stejnodruhového druhu,“ říká Andreas Huth. Naproti tomu v lesích mírného pásma zjistili jen malé rozdíly mezi běžnými a vzácnými druhy. To má za následek gradient, který se táhne od tropů přes subtropy až po mírné zeměpisné šířky. To vedlo výzkumníky z UFZ k položení dvou otázek: Jaké procesy způsobují různé vztahy mezi četností a počtem sousedů stejného druhu? A jaké to má důsledky pro koexistenci druhů stromů?
Aby vědci našli odpovědi na tyto otázky, využili stávající znalosti o mechanismech šíření tohoto druhu. „Asi 70 až 80 procent druhů stromů v tropech se šíří zvířaty, což je výrazně více než v lesích mírného pásma,“ říká Thorsten Wiegand. Dalším důležitým faktorem jsou mykorhizní houby . Tyto houbové sítě tvoří symbiotický vztah s jemnými kořeny stromů, což prospívá oběma organismům: Houba poskytuje stromům živiny a vodu a na oplátku dostává glukózu. „V lesích mírného pásma chrání mykorhiza kořeny mladých stromů v blízkosti větších stromů stejného druhu před patogeny nebo hmyzími škůdci,“ vysvětluje modelář ekosystémů UFZ Dr. Samuel M. Fischer, který se studie také zúčastnil. V tropických lesích však dominuje specifický druh houby, arbuskulární mykorhiza, která kořeny mladých stromů nechrání. „Semena se proto musí dostat co nejdále od mateřských stromů a zvířata jim s tím obvykle pomáhají,“ říká. Pokud nyní vezmeme v úvahu druhy stromů z 21 studovaných lokalit ForestGEO, které jsou jak rozptýleny zvířaty, tak i vykazují arbuskulární mykorhizní formu, je gradient od tropů k mírným zeměpisným šířkám ještě výraznější. Závěr: „V tropických lesích vedou k pozorovaným prostorovým vzorcům mechanismy, jako je rozptýlení semen zvířaty, zatímco v mírných lesích mykorhizní houby zajišťují, že i vzácné druhy mohou mít mnoho sousedů stejného druhu,“ říká Thorsten Wiegand.
Aby vědci z UFZ získali nové poznatky o koexistenci druhů z výsledků analýzy prostorových dat, spoléhali se nyní na prostorově explicitní simulace a matematické modely. „Chtěli jsme vědět, jaké jsou předpoklady pro koexistenci různých druhů stromů s podobnými požadavky,“ říká Andreas Huth. Klíčovým faktorem pro koexistenci druhů, a tedy i pro stabilitu druhového společenstva v lese, je obecně to, zda mohou druhy stromů, které se staly vzácnými, znovu růst. V tomto případě je společenstvo stromů považováno za stabilní. Vědci z UFZ vyvinuli nový vzorec pro teorii dynamiky lesa, který zahrnuje rizikový faktor. Ten do značné míry určuje podmínky, za kterých může vzácný druh přežít.
Výsledek: Rizikový faktor je menší, čím je druh běžnější a čím více má podobných sousedů. To zvyšuje pravděpodobnost, že druhy mohou koexistovat. Druhy v lesích mírného pásma mají proto obecně malý rizikový faktor. V tropických lesích jsou rizikové faktory druhů stromů často větší, ale hrají zde roli i další faktory, jako je šíření semen zvířaty, které mohou tuto nevýhodu kompenzovat. „Tropické i mírné lesy proto vykazují optimální prostorovou strukturu, ve které se ustálila koexistence druhů stromů,“ shrnuje Thorsten Wiegand.
Tento nově objevený prostorový mechanismus je nyní výchozím bodem pro další výzkum, v rámci kterého Thorsten Wiegand spolu s Andreasem Huthem hodlá dále rozvíjet teorii pro pochopení prostorové dynamiky a stability druhově bohatých lesů v rámci grantu Advanced ERC, který byl udělen v loňském roce. „Nyní chceme výrazně rozšířit naše výzkumy a metody, například zohledněním velikosti stromů, imigrace druhů a podrobnějších charakteristik druhů, a také využitím dat z dálkového průzkumu Země,“ říká. K dispozici mají přibližně 2,5 milionu eur na téměř pět let.
původní publikace
Thorsten Wiegand, Juyu Lian, Luxiang Lin, Feng Liu, Keping Ma, William McShea, Xiangcheng Mi, Jonathan A. Myers, Anuttara Nathalang, David A. Orwig, Guochun Shen, Sheng-Hsin Su, I-Fang Sun, Xihua Wang, Amy W Andrea Wolf, Hu Yanth Zhui Latitudinální škálování agregace s hojností a koexistencí v lesích, Nature, doi: 10.1038/s41586-025-08604-z
Přečtěte si také
