树木看似静止不动,但运动却是它们生活的重要组成部分。加州大学伯克利分校植物生物地理学博士后研究员马修·克林格 (Matthew Kling) 表示,为了繁殖,许多树木依靠风来传播花粉和种子。
克林格领导的一项研究于4月27日发表在《美国国家科学院院刊》上,该研究探讨了风力模式如何影响树木种群之间的 DNA 交换。他们的发现表明,风的强度和方向等因素有助于塑造森林景观的遗传构成。
克林格说,随着气候变暖,一些植物在其当前环境中将无法茁壮成长,需要迁移到历史上较凉爽的地区才能保持在舒适的温度范围内(对许多植物来说,这种情况已经发生)。但他表示,关于植物究竟如何迁移,仍有许多问题尚未解决,“而植物迁移方面最大的不确定性之一与风有关”,因为风力传播在大型尺度上很难衡量。
克林格和他的合著者、加州大学伯克利分校整合生物学教授大卫·阿克利 (David Ackerly) 使用了 72 篇先前发表的科学论文,收集了全球近 100 种不同树木的近 2,000 个种群的遗传数据。研究人员将这些遗传数据与他们开发的“风景”模型进行了比较,该模型使用了过去三十年的每小时风数据。
克林格说,风力模型预测了在广阔的地理尺度和长期的地质时期内,种子和花粉的传播会如何发生。“而遗传数据则提供了独立于风力数据的测量估计,表明种子和花粉在过去是如何跨越广阔景观传播的。”然后,作者将风力模型的预测与观察到的遗传模式进行比较,从而能够检验风是否实际上驱动了这些模式。
克林格说:“我们发现了证据表明,种子和花粉的迁徙往往优先向盛行风的方向发生。”换句话说,种子和花粉顺风传播的频率比逆风传播的频率更高。他们还发现,位于顺风方向(即风吹来的方向)的种群通常整体遗传多样性更高。此外,他们发现,由强风连接的不同树木种群比由弱风连接的种群之间更相似,这表明这些种群之间正在发生迁徙。
范比肯岛大学进化生物学家贾斯敏·詹姆斯 (Jasmine Janes) 在给《大众科学》的电子邮件中写道:“从很多方面来说,这项研究的发现都是可以预见的——许多以植物为中心的研究人员已经了解了花粉和种子风力传播之间的联系,以及这些因素如何促进或限制繁殖、传播、连通性和遗传多样性。”“这项研究有趣之处在于,它将这些想法整合在一起,并在各种数据集上进行了检验,”以便科学家和森林管理者能够更深入地了解广泛的模式。
克林格说,了解树木物种的分布范围对气候变化的响应速度非常重要,但同样重要的是要考虑不同基因适应性如何在给定树种的种群之间传播。“我们可以想象,随着时间的推移,可能生活在不同气候和物种分布区域不同部分的种群已经演化出了不同的适应性,以便在这些特定气候下更好地生存,”克林格说。
“随着气候变暖,让这些基因变异能够在物种分布的各个种群之间传播,以帮助其他种群更好地适应未来的变暖条件,这一点将变得非常重要。”