Это один из старейших вопросов, которым занимаются натуралисты: почему в тропических регионах такое богатое биоразнообразие по сравнению с другими областями земного шара?
В тропических регионах в любой данной области встречается больше видов растений, животных и грибов, и эта концентрация уменьшается по мере удаления от экватора.
Это явление известно как широтный градиент разнообразия. Но чем это вызвано?
По словам Эндрю Добсона (Andrew Dobson), профессора экологии болезней и охраны природы в Принстонском университете, существуют три основные гипотезы, объясняющие, почему тропические районы настолько разнообразны в биологическом отношении.
Первая гипотеза основана на энергии. В тропиках больше солнечного света, и в сочетании с осадками и питательными веществами почвы это приводит к большему росту растений.
Тогда как изобилие растений означает, что больше животных может выживать и размножаться.
С эволюционной же точки зрения обилие растительного покрова приводит к большему разнообразию животных.
Этот уровень взаимодействия в пищевой цепи — с растениями и грибами, травоядными животными и хищниками — приводит к «более высокому уровню видообразования», точке, в которой новый вид кажется отличным от своих эволюционных предков.
Вторая гипотеза заключается в том, что тропики — это гораздо более древняя среда, которая не была подвержена столь частым временным периодам с сильными морозами, поэтому у видов было больше времени для эволюции. Большая часть современного биоразнообразия сформировалась за последние 200 миллионов лет, но на него повлияли несколько ледниковых периодов. Расширение и сжатие полярных ледяных щитов «полностью уничтожило жизнь в самых северных [и самых южных] районах», — сказал Добсон. «Жизнь продолжилась в тропиках, продолжив развиваться и диверсифицироваться», тогда как для образования жизни на полюсах потребовалась повторная колонизация.
Между тем разнообразная тропическая жизнь не может просто так распространиться в более холодные регионы Земли. По словам Добсона, по мере того, как всё больше видов накапливается в тропической среде, они привыкают к тропическому климату, а затем, пытаясь мигрировать в более холодный климат, уже адаптируются с трудом.
Третья гипотеза связана с ограничениями разнообразия. Эта теория утверждает, что различные среды обладают «ёмкостью среды для видового богатства, что означает, что в тропиках может существовать больше видов, чем в зонах с умеренным климатом», — сказал Дэвид Шторх (David Storch), профессор экологии Карлова университета в Праге.
Окружающая среда с большим количеством ресурсов поддерживает большее разнообразие животных, некоторые из которых находятся в состоянии конкуренции. Но увеличение производства растительного вещества также не приводит к увеличению числа видов.
Однако, хотя в тропиках наблюдается высокий уровень видообразования (создания новых видов), в этих благоухающих регионах также высока скорость вымирания видов. Высокие темпы видообразования могут привести к уменьшению популяций видов, в которых многие виды взаимодействуют или конкурируют на небольшой территории, подвергая их более высокому риску исчезновения. Эта гипотеза подтверждается второй гипотезой, которая предполагает, что тропики не только являются «колыбелью» для появления новых видов, но и являются «музеем», где сохранились родословные многих более древних видов.
Конечно, не все виды, возникшие за последние 200 миллионов лет, остаются там, но равновесие между темпами видообразования и вымирания наводит на мысль, что тропики обладают высокой способностью сохранять видовое богатство, считает Шторх.
Однако стоит отметить, что широтный градиент разнообразия не является универсальным. Есть несколько примеров, которые противоречат этому тренду. Некоторые животные, например пингвины, полагаются на изобилие пищи в холодных антарктических водах. По словам Шторха, некоторые «виды возникли далеко от экватора, и у них не было достаточно времени, чтобы распространиться в тропиках», поэтому они специально адаптировались к более холодному климату. Другими словами, разнообразие в определённых группах растений и животных всё ещё может проявляться на холодных полюсах.
Точно так же существует большее разнообразие определённых видов в умеренном или более холодном климате по сравнению с полюсами Земли. Хвойные деревья, например, «из-за конкуренции со стороны широколиственных [деревьев] ограничены более холодными регионами. Некоторые группы проигрывают, фактически вытесняются из тропиков своими конкурентами», — объяснил Шторх. Вынужденная адаптация к умеренному или более холодному климату при создании подвидов вызывает иной вид биоразнообразия. По словам Шторха, в то время как в тропиках обитает большее разнообразие различных видов, многие исследования в настоящее время сообщают о высокой диверсификации подвидов в более высоких широтах.
Одна группа, которая полностью опровергает гипотезу о широтном градиенте разнообразия, — это паразитические черви; разнообразие паразитов увеличивается по мере удаления от экватора. Большое количество видов в тропиках означает, что их относительная численность снижается, поскольку все они конкурируют друг с другом, поэтому плотность популяции видов и ареалы видов (величина географического расстояния, которое они покрывают) намного меньше, чем в умеренных широтах или в Арктике.
Чем больше популяция хозяина, «тем больше паразитов они могут поддерживать, да и в целом больше видов паразитов», — сказал Добсон. «Если у вас более низкое разнообразие, но большая популяция этих организмов-хозяев, то они могут поддерживать большее разнообразие паразитов. Наличие более крупных видов с большим ареалом позволяет большему количеству паразитов колонизировать эти виды в умеренных и субтропических зонах». Таким образом, территория с более низким общим биоразнообразием, по словам Добсона, фактически действует как «насос видообразования», порождая больше видов паразитических червей, чем где-либо ещё в мире.
