Rola wtórnego roznoszenia nasion w rekrutacji górskiego gatunku drzewa wzdłuż gradientu wysokości: rozpatrywanie scenariusza zmian klimatu
Type
Project
Date Issued
2020
Author
Discipline
biological sciences
Abstract (PL)
Wiele gatunków drzew polega na zwierzętach jako roznosicielach nasion. Jednym ze sposobów takiego roznoszenia nasion jest ich zbieranie przez zwierzęta, wynoszenie spod drzewa macierzystego i zakopywanie w skrytkach w celu późniejszej konsumpcji. Sprawa nie jest jednak prosta, ponieważ nasiona wyniesione i zakopane przez jeden gatunek mogą zostać wykradzione i wykorzystane przez inne zwierzęta. Co się wtedy dzieje z nasionami? Odpowiedź na to pytanie jest zadawane przez ekologów już od lat, ponieważ takie wykradanie nasion może wywierać ogromny wpływ na dynamikę lasu. Dodatkowo poznanie tych zależności jest o tyle istotne, że mogą się one zmieniać wraz ze zmianami klimatu.
Przykładem takiego podwójnego roznoszenia nasion są interakcje sosny limby, orzechówki i drobnych gryzoni w górskich lasach Alp i Karpat. Orzechówki jako jedyne zwierzęta są w stanie wyłuskać nasiona z szyszek limby w stanie nienaruszonym i zakopać je w płytkich skrytkach. W ten sposób odpowiadają za ich roznoszenie. Co ciekawe, przez ostatnie lata wykazano, że tak zakopane nasiona są intensywnie wykradane przez gryzonie. Nie wiadomo jednak, co się dzieje z tak wykradzionymi nasionami i jakie to może mieć przełożenie na odnowienie limby. Z jednej strony nasiona mogą być w większości zjedzone, co będzie spowalniać powstawanie nowych pokoleń sosny. Z drugiej strony drobne gryzonie są znane z zakopywania wykradzionych nasion w nowych skrytkach. Co więcej, gryzonie często zakopują nasiona w miejscach sprzyjających kiełkowaniu, w przeciwieństwie do orzechówek, które ukrywają nasiona w mikrosiedliskach niesprzyjających dalszemu rozwojowi. W ten sposób gryzonie mogłyby sprzyjać odnowieniu limby.
Niemniej, los nasion wykradzionych przez gryzonie może się zmieniać w zależności od wysokości na terenach górskich w związku z malejącą wraz z wysokością liczebnością małych ssaków. Bowiem im więcej gryzoni, tym większa szansa, że dostępne nasiono zostanie zjedzone. W związku z tym gryzonie odgrywają rolę tzw. mutualistów warunkowych, czyli ich znaczenie zmienia się wraz ze zmieniającymi się warunkami środowiskowymi i stosunkiem liczby nasion zjedzonych do zakopanych. Jest to o tyle istotne, że w wyniku ocieplania się klimatu i łagodzenia się warunków populacje gryzoni zaczynają zasiedlać coraz wyższe partie gór. A więc to, co dzieje się obecnie w niższych partiach gór, przedstawia przyszły obraz procesów zachodzących w wyższych partiach. W naszym projekcie zamierzamy sprawdzić, jaka jest rola gryzoni w odnowieniu limby, biorąc pod uwagę los wyniesionych nasion na różnych wysokościach. Będą to pierwsze badania testujące taką zależność w ekosystemach górskich. Czy ta rola jest negatywna przez konsumpcję nasion i spowalnianie powstawania nowych pokoleń limby, czy wręcz przeciwnie – intensywne chowanie nasion przez gryzonie będzie sprzyjało kiełkowaniu nasion? Czy zmienia się ona wraz z wysokością, w związku z czym można mówić o mutualizmie warunkowym? Czy gryzonie sprzyjają przesuwaniu się granicy lasu ku wyższym partiom? Przeprowadzimy wszechstronne eksperymenty i obserwacje pozwalające odpowiedzieć na te pytania. Pozwoli to również ocenić potencjalny pośredni wpływ zmian klimatu na dynamikę populacji limby. Poznanie roli gryzoni w tym układzie jest o tyle kluczowe, że światowa liczebność populacji orzechówki spada, w związku z czym udział gryzoni w wykorzystywaniu nasion limby będzie się zwiększał.
Informacje na temat tego, co się dzieje z takimi wykradzionymi nasionami, mogą zmienić nasze postrzeganie wpływu roznosicieli nasion na odnowienie lasu. Dzięki temu projektowi nie tylko dowiemy się, jakie jest znaczenie gryzoni w interakcji limby z orzechówką, ale również wykażemy, że wszelkie podobne interakcje roślin z roznoszącymi i wykradającymi ich nasiona różnymi gatunkami zwierząt mogą wymagać weryfikacji. Jest to szczególnie istotne, biorąc pod uwagę zmiany w zachodzących tego typu procesach ekologicznych wywołane ocieplaniem klimatu. Interakcje dotychczas uważane za silnie mutualistyczne (np. dąb-sójka) mogą zmienić swój charakter, jeśli weźmie się pod uwagę intensywne wykradanie nasion przez inne zwierzęta i zachodzące zmiany klimatu. Wyniki naszych badań będą miały także znaczenie w tworzeniu symulacji przyszłych zmian w rozmieszczeniu organizmów, biorących pod uwagę oddziaływania między organizmami.
Przykładem takiego podwójnego roznoszenia nasion są interakcje sosny limby, orzechówki i drobnych gryzoni w górskich lasach Alp i Karpat. Orzechówki jako jedyne zwierzęta są w stanie wyłuskać nasiona z szyszek limby w stanie nienaruszonym i zakopać je w płytkich skrytkach. W ten sposób odpowiadają za ich roznoszenie. Co ciekawe, przez ostatnie lata wykazano, że tak zakopane nasiona są intensywnie wykradane przez gryzonie. Nie wiadomo jednak, co się dzieje z tak wykradzionymi nasionami i jakie to może mieć przełożenie na odnowienie limby. Z jednej strony nasiona mogą być w większości zjedzone, co będzie spowalniać powstawanie nowych pokoleń sosny. Z drugiej strony drobne gryzonie są znane z zakopywania wykradzionych nasion w nowych skrytkach. Co więcej, gryzonie często zakopują nasiona w miejscach sprzyjających kiełkowaniu, w przeciwieństwie do orzechówek, które ukrywają nasiona w mikrosiedliskach niesprzyjających dalszemu rozwojowi. W ten sposób gryzonie mogłyby sprzyjać odnowieniu limby.
Niemniej, los nasion wykradzionych przez gryzonie może się zmieniać w zależności od wysokości na terenach górskich w związku z malejącą wraz z wysokością liczebnością małych ssaków. Bowiem im więcej gryzoni, tym większa szansa, że dostępne nasiono zostanie zjedzone. W związku z tym gryzonie odgrywają rolę tzw. mutualistów warunkowych, czyli ich znaczenie zmienia się wraz ze zmieniającymi się warunkami środowiskowymi i stosunkiem liczby nasion zjedzonych do zakopanych. Jest to o tyle istotne, że w wyniku ocieplania się klimatu i łagodzenia się warunków populacje gryzoni zaczynają zasiedlać coraz wyższe partie gór. A więc to, co dzieje się obecnie w niższych partiach gór, przedstawia przyszły obraz procesów zachodzących w wyższych partiach. W naszym projekcie zamierzamy sprawdzić, jaka jest rola gryzoni w odnowieniu limby, biorąc pod uwagę los wyniesionych nasion na różnych wysokościach. Będą to pierwsze badania testujące taką zależność w ekosystemach górskich. Czy ta rola jest negatywna przez konsumpcję nasion i spowalnianie powstawania nowych pokoleń limby, czy wręcz przeciwnie – intensywne chowanie nasion przez gryzonie będzie sprzyjało kiełkowaniu nasion? Czy zmienia się ona wraz z wysokością, w związku z czym można mówić o mutualizmie warunkowym? Czy gryzonie sprzyjają przesuwaniu się granicy lasu ku wyższym partiom? Przeprowadzimy wszechstronne eksperymenty i obserwacje pozwalające odpowiedzieć na te pytania. Pozwoli to również ocenić potencjalny pośredni wpływ zmian klimatu na dynamikę populacji limby. Poznanie roli gryzoni w tym układzie jest o tyle kluczowe, że światowa liczebność populacji orzechówki spada, w związku z czym udział gryzoni w wykorzystywaniu nasion limby będzie się zwiększał.
Informacje na temat tego, co się dzieje z takimi wykradzionymi nasionami, mogą zmienić nasze postrzeganie wpływu roznosicieli nasion na odnowienie lasu. Dzięki temu projektowi nie tylko dowiemy się, jakie jest znaczenie gryzoni w interakcji limby z orzechówką, ale również wykażemy, że wszelkie podobne interakcje roślin z roznoszącymi i wykradającymi ich nasiona różnymi gatunkami zwierząt mogą wymagać weryfikacji. Jest to szczególnie istotne, biorąc pod uwagę zmiany w zachodzących tego typu procesach ekologicznych wywołane ocieplaniem klimatu. Interakcje dotychczas uważane za silnie mutualistyczne (np. dąb-sójka) mogą zmienić swój charakter, jeśli weźmie się pod uwagę intensywne wykradanie nasion przez inne zwierzęta i zachodzące zmiany klimatu. Wyniki naszych badań będą miały także znaczenie w tworzeniu symulacji przyszłych zmian w rozmieszczeniu organizmów, biorących pod uwagę oddziaływania między organizmami.
Abstract (EN)
Many tree species rely on animals as seed dispersal agents. One of the ways of such seed dispersal is collecting seeds by animals, removing from under the parent tree and burying in stores for later consumption. But seeds removed and buried by one animal species may be stolen and handled by other animals. What happens to the seeds then? The answer to this question has been asked by ecologists for years, because such stealing can have a huge impact on the forest dynamics. Moreover, understanding these interactions is essential because they can be altered by climate change.
An example of such two-step seed dispersal is the interaction among Swiss stone pine, spotted nutcracker and granivorous rodents in montane forests in the Alps and the Carpathians. Nutcrackers are the only animals able to husk the intact seeds from pine cones and bury them in shallow stores. In this way, nutcrackers are responsible for pine seed dispersal. Interestingly, it has been recently shown that these buried seeds are intensively stolen by rodents. It is not known, however, what happens with such stolen seeds and what effect this may have on pine regeneration. On the one hand, the majority of pine seeds can be eaten, which will slow down pine recruitment. On the other hand, granivorous rodents are known to rebury stolen seeds in new sites. Moreover, rodents often bury seeds in sites favorable for germination of pine seeds, unlike nutcrackers that usually hide seeds in unfavorable sites. Therefore, rodents could promote the regeneration of the Swiss stone pine.
Nevertheless, the fate of seeds stolen by rodents may vary with altitude due to decreasing numbers of small mammals. This is because the more rodents, the greater the chance that available seeds will be eaten. Therefore, rodents act as conditional mutualists, i.e. their importance changes with changing environmental conditions as well as proportions of seeds eaten vs. buried. It is important because, as a result of global warming and mitigation of environmental conditions, rodent populations started to colonize higher and higher altitudes. Thus, what we can now observe at lower elevations gives a future picture of the processes taking place at higher elevations. In our project, we are going to determine the role of rodents in Swiss stone pine recruitment, considering the fate of seeds removed at different elevations. This study will be the first testing these interactions in montane ecosystems. Is this role negative due to seed consumption and slowing down the pine recruitment, or on the contrary - intensive burial of seeds by rodents promotes seed germination? Does this role change with elevation, so we can say about conditional mutualism? Do rodents promote an upward shift of alpine treelines? We will conduct comprehensive experiments and surveys to answer these questions. It will also help to assess the potential indirect impact of climate change on pine population dynamics. Understanding the role of granivorous rodents in this system is even more crucial because the global nutcracker population is decreasing and, therefore, the contribution of small mammals in pine recruitment will be increasing.
Information about what happens with such stolen seeds can change our perception of the impact of seed dispersers on forest regeneration. Thanks to this project, we will not only determine the importance of rodents in the Swiss stone pine-nutcracker interaction, but also be able to show whether any similar interactions between plants and animals that disperse and steal their seeds may require verification. This is particularly important, given the changes taking place in such ecological processes caused by global warming. Interactions now considered as strongly mutualistic (e.g., oaks-jays) may change their character, if we take into account that other animals intensively steal seeds, as well as the effects of climate change. Our results will also play an important role in creating simulations of future changes in species distribution which consider various interactions between organisms.
An example of such two-step seed dispersal is the interaction among Swiss stone pine, spotted nutcracker and granivorous rodents in montane forests in the Alps and the Carpathians. Nutcrackers are the only animals able to husk the intact seeds from pine cones and bury them in shallow stores. In this way, nutcrackers are responsible for pine seed dispersal. Interestingly, it has been recently shown that these buried seeds are intensively stolen by rodents. It is not known, however, what happens with such stolen seeds and what effect this may have on pine regeneration. On the one hand, the majority of pine seeds can be eaten, which will slow down pine recruitment. On the other hand, granivorous rodents are known to rebury stolen seeds in new sites. Moreover, rodents often bury seeds in sites favorable for germination of pine seeds, unlike nutcrackers that usually hide seeds in unfavorable sites. Therefore, rodents could promote the regeneration of the Swiss stone pine.
Nevertheless, the fate of seeds stolen by rodents may vary with altitude due to decreasing numbers of small mammals. This is because the more rodents, the greater the chance that available seeds will be eaten. Therefore, rodents act as conditional mutualists, i.e. their importance changes with changing environmental conditions as well as proportions of seeds eaten vs. buried. It is important because, as a result of global warming and mitigation of environmental conditions, rodent populations started to colonize higher and higher altitudes. Thus, what we can now observe at lower elevations gives a future picture of the processes taking place at higher elevations. In our project, we are going to determine the role of rodents in Swiss stone pine recruitment, considering the fate of seeds removed at different elevations. This study will be the first testing these interactions in montane ecosystems. Is this role negative due to seed consumption and slowing down the pine recruitment, or on the contrary - intensive burial of seeds by rodents promotes seed germination? Does this role change with elevation, so we can say about conditional mutualism? Do rodents promote an upward shift of alpine treelines? We will conduct comprehensive experiments and surveys to answer these questions. It will also help to assess the potential indirect impact of climate change on pine population dynamics. Understanding the role of granivorous rodents in this system is even more crucial because the global nutcracker population is decreasing and, therefore, the contribution of small mammals in pine recruitment will be increasing.
Information about what happens with such stolen seeds can change our perception of the impact of seed dispersers on forest regeneration. Thanks to this project, we will not only determine the importance of rodents in the Swiss stone pine-nutcracker interaction, but also be able to show whether any similar interactions between plants and animals that disperse and steal their seeds may require verification. This is particularly important, given the changes taking place in such ecological processes caused by global warming. Interactions now considered as strongly mutualistic (e.g., oaks-jays) may change their character, if we take into account that other animals intensively steal seeds, as well as the effects of climate change. Our results will also play an important role in creating simulations of future changes in species distribution which consider various interactions between organisms.