كتبه إيفان فريك وأليخاندرو أوردونيز وجنس كريستيان سفينينج وهالدر روجرز
تخيل شجرة ناضجة واسعة التشعب مثل البلوط أو القيقب أو التين. كيف تتكاثر حتى لا يكبر نسلها في ظلها ، يقاتلون من أجل الضوء؟
الجواب نثر البذور. طورت النباتات العديد من الاستراتيجيات لنشر بذورها بعيدًا عن النبات الأم. ينتج البعض شتلات تطفو على الريح. البعض الآخر لديه ثمار تنفجر بالفعل ، وتخرج بذورها.
ويعتمد أكثر من نصف جميع النباتات على الحياة البرية لتفريق بذورها. يحدث هذا عادةً عندما تأكل الحيوانات الفاكهة من النباتات أو تحمل المكسرات ، ثم تفرز البذور أو تسقطها في مكان آخر. في الغابات الاستوائية المطيرة ، تنشر الحيوانات بذور ما يصل إلى 90 في المائة من أنواع الأشجار.
تعتبر الهجرة من الطرق الرئيسية التي تتكيف بها النباتات مع تغير المناخ. لكن ما يقرب من نصف الأنواع النباتية تعتمد على الحيوانات للتشتت.
لدينا (w @ anordonez1 @ haldre1 تضمين التغريدة) ورقة جديدة تسأل كيف تؤثر خسائر مشتت البذور على قدرة النباتات على تتبع تغير المناخ. pic.twitter.com/iV42uluq5t
– إيفان فريك (ecfricke) 13 يناير 2022
تفقد الأرض اليوم الأنواع بمعدل سريع ، مما قد يمثل الانقراض الجماعي السادس في تاريخها. في دراسة منشورة حديثا، ندرس ما تعنيه هذه الخسارة لتشتت البذور ، مع التركيز على الطيور والثدييات التي تشتت النباتات ذات الثمار اللحمية.
قمنا بتقييم كيف تساعد موزعات البذور النباتات على تغيير نطاقاتها الجغرافية للوصول إلى الموائل المناسبة للنمو حديثًا – وهي آلية حاسمة للنجاة من تغير المناخ. إذا لم تتشتت البذور الكافية لتتبع الظروف البيئية مثل درجة الحرارة وهطول الأمطار التي تتطلبها النباتات ، فقد تكون النباتات عالقة في الأماكن التي ستكافح من أجل البقاء فيها. قد يؤدي ذلك إلى خسائر في أنواع النباتات ، إلى جانب المنتجات والخدمات القيمة التي تقدمها ، والتي تتراوح من الغذاء إلى تخزين الكربون.
حقبة جديدة لحركة النبات
كانت الحيوانات تنثر البذور لملايين السنين ، لكن العلاقات بين النباتات وموزعي البذور تغيرت بشكل كبير في عصرنا الحديث.
لم تعد الدببة الرمادية تأكل التوت في كاليفورنيا ، التي اختفت من الولاية قبل قرن من الزمان. في جزيرة مدغشقر ، لم تعد البذور تنتقل في بطون الليمور بحجم الغوريلا ، التي انقرضت هناك منذ حوالي 2300 عام. في فرنسا ، لا تنتقل البذور إلى فراء الأسود أو بين أصابع وحيد القرن التي كانت تعيش هناك ذات يوم ، كما هو موضح في لوحات الكهوف التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ. عندما تنثر الحيوانات البذور اليوم ، غالبًا ما تعرقل حركتها بسبب الطرق أو المزارع أو مناطق البناء.
بالنسبة لمعظم النباتات المشتتة من الحيوانات – خاصة تلك التي تحتوي على بذور كبيرة ، والتي تتطلب حيوانات كبيرة مثل التابير والفيلة وأبقار البوق لنشرها – تعني هذه التغييرات انخفاضًا كبيرًا في تشتت البذور ، وتباطؤًا كبيرًا في حركة النبات.
كشفت الأبحاث التي أجراها فريقنا وعمل العديد من الزملاء عن العواقب البيئية السلبية التي تحدث عندما تختفي مشتقات البذور. يقوم الباحثون الآن بتقييم كيفية تأثير تدهور تشتت البذور على استجابة النباتات لتغير المناخ.
تحديد ما تم فقده
تمت دراسة جزء صغير فقط من آلاف الأنواع المشتتة للبذور وعشرات الآلاف من الأنواع النباتية المشتتة من الحيوانات مباشرة. العديد من أنواع مشتتات البذور منقرضة أو نادرة جدًا بحيث لا يمكن دراستها على الإطلاق.
للتغلب على هذا التحدي ، قمنا بتجميع البيانات من الدراسات المنشورة التي توضح أي من مشتتات بذور الطيور والثدييات يأكلون أي ثمار ، وإلى أي مدى ينشرون البذور ، وكيف أن تأثيرات أجهزتهم الهضمية على البذور تساعد أو تعيق الإنبات. تصف هذه الخطوات الثلاث معًا ما هو مطلوب لنجاح تشتت البذور: يجب إزالة البذرة من النبتة الأم ، والانتقال بعيدًا عنها والبقاء على قيد الحياة لتصبح شتلة.
بعد ذلك ، استخدمنا التعلم الآلي لإنشاء تنبؤات بشأن تشتت البذور ، بناءً على سمات كل نوع. على سبيل المثال ، يمكن أن تساعدنا البيانات الخاصة بمرض القلاع متوسط الحجم في أمريكا الشمالية في نمذجة كيفية قيام أنواع القلاع متوسطة الحجم من آسيا بتفريق البذور ، حتى لو لم يتم دراسة الأنواع الآسيوية بشكل مباشر.
باستخدام نموذجنا المدرب ، يمكننا تقدير انتشار البذور بواسطة كل أنواع الطيور والثدييات؟ حتى الأنواع النادرة أو المنقرضة التي لا توجد عنها بيانات خاصة بالأنواع حول عملية تشتت البذور.
كانت الخطوة الأخيرة هي مقارنة تشتت البذور الحالي بما سيحدث إذا لم تحدث الانقراضات وتقلصات نطاق الأنواع. بالنسبة للنباتات ذات الثمار اللحمية ، نقدر أنه بسبب خسائر الطيور والثدييات ، يتم نثر بذور أقل بنسبة 60 في المائة في جميع أنحاء العالم بما يكفي لمواكبة تغير المناخ عن طريق تغيير المواقع. علاوة على ذلك ، فإننا نقدر أنه إذا انقرضت أنواع مشتتات البذور المهددة بالانقراض حاليًا مثل البونوبو وفيلة السافانا وأبقار الأبواق الخوذة ، فإن انتشار البذور العالمية سينخفض بنسبة 15 في المائة إضافية.
كان تأثير الانخفاضات السابقة في مشتقات البذور أكبر في مناطق تشمل أمريكا الشمالية وأوروبا والجزء الجنوبي من أمريكا الجنوبية. سيكون للخسائر المستقبلية للأنواع المهددة بالانقراض آثارها الأشد خطورة في مناطق تشمل جنوب شرق آسيا ومدغشقر.
مع وجود عدد أقل من موزعات البذور ، سيتم نقل عدد أقل من البذور بعيدًا بما يكفي لتمكين النباتات من التكيف مع تغير المناخ عن طريق تغيير نطاقاتها.
باستخدام نموذجنا المُدرَّب ، يمكننا تقدير تشتت البذور بواسطة كل أنواع الطيور والثدييات – حتى الأنواع النادرة أو المنقرضة التي لا توجد لها أي بيانات خاصة بالأنواع حول عملية تشتت البذور.
كانت الخطوة الأخيرة هي مقارنة تشتت البذور الحالي بما سيحدث إذا لم تحدث الانقراضات وتقلصات نطاق الأنواع. بالنسبة للنباتات ذات الثمار اللحمية ، نقدر أنه بسبب خسائر الطيور والثدييات ، يتم نثر بذور أقل بنسبة 60 في المائة في جميع أنحاء العالم بما يكفي لمواكبة تغير المناخ عن طريق تغيير المواقع. علاوة على ذلك ، فإننا نقدر أنه إذا انقرضت أنواع مشتتات البذور المهددة بالانقراض حاليًا مثل البونوبو وفيلة السافانا وأبقار الأبواق الخوذة ، فإن انتشار البذور العالمية سينخفض بنسبة 15 في المائة إضافية.
كان تأثير الانخفاضات السابقة في مشتقات البذور أكبر في مناطق تشمل أمريكا الشمالية وأوروبا والجزء الجنوبي من أمريكا الجنوبية. سيكون للخسائر المستقبلية للأنواع المهددة بالانقراض آثارها الأشد خطورة في مناطق تشمل جنوب شرق آسيا ومدغشقر.
مع وجود عدد أقل من موزعات البذور ، سيتم نقل عدد أقل من البذور بعيدًا بما يكفي لتمكين النباتات من التكيف مع تغير المناخ عن طريق تغيير نطاقاتها.
تعمل موزعات البذور أيضًا على تعزيز التنوع البيولوجي من خلال المساعدة في ضمان بقاء عدد كبير من الأنواع النباتية وازدهارها. النظم البيئية التي تحتوي على العديد من الأنواع النباتية ذات التركيبات الجينية المتنوعة مجهزة بشكل أفضل للتعامل مع المستقبل غير المؤكد ، ولإدامة وظائف النظام البيئي التي يعتمد عليها البشر ، مثل تخزين الكربون ، وإنتاج الغذاء والأخشاب ، وتصفية المياه ، والسيطرة على الفيضانات والتعرية.
هناك طرق لزيادة تشتت البذور. التأكد من ارتباط البقع ذات الموائل المتشابهة يساعد الأنواع على التحرك فيما بينها. ستساعد أيضًا استعادة مجموعات من مشتتات البذور المهمة ، بدءًا من الطوقان إلى الدببة إلى الأفيال. ويمكن للنماذج العالمية لتشتت البذور مثل نموذجنا أن تساعد العلماء ومديري الأراضي على التفكير في مشتتات البذور كحل قائم على الطبيعة لمعالجة تغير المناخ.
– إيفان فريك من جامعة رايس وأليخاندرو أوردونيز وجنس كريستيان سفينينج من جامعة آرهوس وهالدر روجرز من جامعة ولاية أيوا.
