Sådan reagerer alpine planter på klimaændringer

Forskere fra ETH Zürich studerer, hvordan alpin vegetation reagerer på et opvarmende klima - og hvordan nogle plantesamfund fortsætter med at stå fast mod nytilkomne fra lavere højder.

Et blik ned ad den svimlende skråning er nok til at skabe en svimlende fornemmelse af at være i luften. Langt nede ligger byen Chur, med små biler, der biller blandt legetøjshuse. Med et fast greb om rattet stiger Jake Alexander op ad den hullede vej, som mange steder er for smal til, at to køretøjer kan passere.

Hans destination er Chrüzboden, en alpine eng beliggende over trægrænsen på Haldenstein-toppen i Calanda-massivet, omkring 2.000 meter over havets overflade. Det er en populær dagstur fra Chur, men Alexander er her i sin rolle som adjunkt i planteøkologi ved ETH Zürich. I de sidste 15 år eller deromkring har han udført eksperimenter for bedre at forstå virkningerne af klimaændringer på alpine flora.

Calanda er det perfekte sted for denne form for forskning. I løbet af 5 kilometer omfatter det hele spektret af højdevegetationszoner i Alperne, fra collinezonen på dalbunden til alpinebæltet på dets 2.800 meter høje top. Hele massivet er bemærkelsesværdigt ensartet i både aspekt og geologi - og hele området ligger inden for rækkevidde af Zürich. "Vi burde virkelig oprette en alpin forskningsstation her; det ville være fantastisk!" siger Alexander.

For at dække hele spændvidden af ​​højdezoner har han og hans kolleger oprettet flere eksperimentelle steder i forskellige højder. Den højeste, Chrüzboden, er på 2.000 meter; den laveste er på 1.000 meter. De andre steder er placeret med 200 meters mellemrum mellem de to.

Efter en stigning på omkring 1.400 meter rundt om utallige hårnålesving når vi endelig Chrüzboden. Det er juni, og køerne græsser blandt blomster af enhver form og nuance, slynger sig mellem pletter af gult, pink og lilla.

Alexander parkerer bilen og går op ad bakke til en plet eng, der er beskyttet mod kvæget af et elektrisk hegn. Inde på det indhegnede område ligger hans forskningsgrunde. Nogle af disse er indesluttet i Perspex-kamre med åben top, som giver passiv opvarmning for at simulere global opvarmning.

Forskerne studerer, hvordan plantesamfund i høje højder reagerer, når de konfronteres med arter, der bevæger sig op fra lavere højder. Tidligere forskning har vist, at bjergområder i gennemsnit opvarmes dobbelt så hurtigt som resten af ​​verden. Dette skaber potentiale for visse arter til at udvide deres levesteder, enten til højere højder eller højere breddegrader som i Arktis. Alexanders tidligere undersøgelser har vist, at alpine planter ofte virker uberørte af selve den globale opvarmning, men alligevel kan kæmpe for at klare konkurrencen fra nye arter, der migrerer op ad bjerget.

Større og hurtigere

Før eller siden kan dette føre til ændringer i artssammensætningen af ​​nutidens alpine og subalpine plantesamfund. Nye arter betyder nye interaktioner - og fordi planter fra lavlandet er større og vokser hurtigere, efterlader de bogstaveligt talt mindre alpine arter i skyggen. "Et varmere klima giver dem en konkurrencefordel, og de truer med at fortrænge alpine arter," siger Alexander.

Arter, der migrerer til topmøderne, oplever generelt mindre konkurrence om plads, lys, vand og næringsstoffer, fordi vegetationen har tendens til at være sparsom i så høje højder. Men anderledes forholder det sig ved trægrænsen, hvor arter, der stiger op fra lavere højder, støder på enge og overdrev næsten uden huller i vegetationen. Disse plantesamfund har udviklet sig gennem århundreder – tid nok til, at utallige interaktioner er opstået mellem individer og arter, herunder med mikroorganismer som jordbakterier og svampe.

På nuværende niveauer af opvarmning kan nye arter finde det svært at få fodfæste, i det mindste i starten. Men efterhånden som klimaet bliver varmere, vil de opnå en konkurrencefordel - og efterhånden som plantearter fra lavlandet etablerer sig, vil de forårsage et skift i både sammensætningen og utallige interaktioner af det oprindelige plantesamfund. Dette er et fænomen, som forskerne allerede har observeret i eksperimenter på deres sted i 1.400 meters højde.

"Vi vil opdage, hvor modstandsdygtige nutidens plantesamfund er over for nytilkomne. Vi vil også finde ud af, om arter fra lavere højder allerede kan etablere sig højere oppe på bjerget, og hvis ikke, hvad der stopper dem," siger Alexander, mens han undersøger en forsøgsgrund fyldt med et væld af engblomster.

Forskerne fjernede først al den oprindelige vegetation fra den kvadratmeter store grund. Derefter plantede de den nøgne jord med ti forskellige arter, der overvejende er hjemmehørende i lave og mellemstore højder, inklusive engsalvie, brun ransel og blærecampion.

Alexander vender sin opmærksomhed mod en anden tæt bevokset grund og skubber løvet fra hinanden med hænderne. Begravet i midten er en brun knapplante, identificeret med en farvet plastiktandstikker. I modsætning til sine jævnaldrende i det bare plot er denne plante lille og bærer en ensom blomst. "Det har svært ved at konkurrere mod sine nye naboer," siger han. "Men i princippet er den bestemt i stand til at vokse i denne højde i dagens klima."

Dyretransport

Imidlertid er erobringen af ​​alpine eller subalpine levesteder af planter fra lavere højder langsommere end forventet, siger økologen. Han foreslår, at det ud over modstand fra eksisterende vegetation til dels kan skyldes planternes dårlige spredningsevner. Nogle har frø, der kan bæres af vinden, men dem, der ikke har en tendens til at stole på dyr for at sprede deres frø. For eksempel har undersøgelser vist, at køer transporterer spiredygtige frø i deres tarm.

En af Alexanders kandidatstuderende skal snart i gang med et projekt, der skal afgøre, om rådyr og gemser også spreder frøene fra visse plantearter. I sidste ende bør disse data flyde ind i mekanistiske modeller, der vil hjælpe forskere med at forudsige ændringer i plantesamfund, herunder klimafremskrivninger såvel som spredningsmekanismer, interaktioner mellem planter og måderne, hvorpå de udvikler sig.

Alexander er allerede på vej tilbage til Haldenstein og Chur og navigerer forsigtigt bilen mod husene langt nede. Når han når et hårnålesving, tager han et højresving for at inspicere deres forsøgssted 1.400 meter over havets overflade. Han parkerer bilen for enden af ​​vejen og går de sidste par hundrede meter op ad et spor. Snart står han på kanten af ​​en stor lysning kendt som Nesselboden. Her er mærkbart varmere end 600 meter længere oppe. Gennemsnitstemperaturen ændres med cirka 0,5 grader Celsius for hver 100 meters højde, så en simpel beregning tyder på, at luften omkring os nu er 3 grader varmere. Dette er altså det klima, som alpine planter vil blive konfronteret med i fremtiden.

Kamp om ressourcer

Engblomsterne, der er transplanteret til denne grund, er endnu mere sprudlende og blomstrer både isoleret og i nærværelse af eksisterende vegetation. De har tydeligvis ingen problemer med at konkurrere med andre planter, der er hjemmehørende i denne højde. Men tingene ser ret anderledes ud i et af de andre kvadratmeter store jordstykker. Som en del af et tidligere eksperiment for et par år siden transplanterede forskerne jorden og dens plantesamfund fra 2.000 meter til dette sted på 1.400 meter, hvilket effektivt slyngede dem ind i fremtidens klima.

Plastret er domineret af alchemilla, mere almindeligt kendt som damekappe. "Denne art har tydeligvis ikke noget problem med det nye klima. Men nogle af de andre alpine planter, der blev transplanteret på samme tid, har allerede tabt kampen om ressourcer mod konkurrenter, der er bedre tilpasset varme temperaturer," siger Alexander og rækker en hånd op. for at beskytte sine øjne mod den nedgående sol. "Så hvis det antages, at det fortsætter med at blive varmere og tørrere i højere højder, er det dette, planterne deroppe vil stå over for." Uanset hvad der er tilfældet, siger han, har de til hensigt at studere disse forskningsfelter i Nesselboden-lysningen i mindst ti år for at verificere, om deres forudsigelser om, hvordan plantesamfund vil ændre sig, er nøjagtige.

Alexanders forskning vil i sidste ende afsløre præcis, hvordan floraen på Calanda vil udvikle sig. Men det ser bestemt ud til, at forandring er uundgåelig - og at der snart vil være mange flere pletter af hvide, violette og gule blomster spredt ud over nutidens alpine enge.