快速的植物进化可能使沿海地区更容易受到洪水和海平面上升的影响

切萨皮克湾湿地的进化速度比以前想象的要快，这可能会降低沿海沼泽能够承受未来海平面上升的机会。圣母大学的研究人员和合作者在最近发表在《科学》杂志上的一篇文章中证明了这一点。

生物科学系副教授杰森·麦克拉克兰(Jason McLachlan)通过研究一种草状植物Schoenoplectus americanus(也称为椅子制造商的球茎)来评估进化在切萨皮克湾生态系统中的作用。研究小组结合了在核心沉积物样本中发现的历史种子、现代植物和计算模型，证明“复活”的植物在地下根部分配了更多的资源，使它们能够比现代植物更快地储存碳。

“我们认为地下增长的惊人减少可能是对切萨皮克湾污染增加的反应，”麦克拉克伦说。“数十年的污染导致水中氮和磷含量升高，由于这些是植物养分，进化现在可能有利于那些在昂贵的根部'投资'较少的植物。

来自历史植物的种子一直留在海湾史密森尼环境研究中心的地下，自 1900 年代中期以来一直处于休眠状态。麦克拉克伦和其他研究人员收集了它们，并让它们发芽和生长。这种类型的研究被称为复活生态学，提供了直接的证据，可以支持关于进化变化的假设。

计算模型以前已经确定了海平面上升对沿海湿地的威胁，并结合了科学家对洪水如何影响植物生长以及植物生长如何影响稳定性的理解。虽然 1900 年代中期的现代植物和样本在地面上生长相似，但现代植物投入的资源较少，无法在地下更深地扎根。这减少了地下生物量，并可能降低湿地抵御洪水的能力。

麦克拉克伦和合作者通过计算模型表明，现代植物在土壤中储存碳的速度比15年代中期的植物慢1900%。

麦克拉克伦对美洲Schoenoplectus Americanus进化变化的速度感到震惊。“研究表明，随着生态系统越来越受到人类社会的影响，进化所扮演的角色，”他说。

第一作者梅根·瓦森(Megan Vahsen)是圣母大学的博士生，早在2017年，他就在圣母大学读研究生时就发现了地下植物性状的重要性。虽然研究人员不能具体说植物由于污染而在地上投入的能量相对较少，但她认为，当前研究中使用的技术组合为进化对生态系统的影响提供了新的预测。她预计这项研究将激励研究人员研究推动进化变化的原因。

“出于不便的原因，科学经常忽视地下发生的事情，”她说，并指出她和圣母大学的本科生花了大约500个小时清洗和分类植物根部。“但我们在这项研究中学到了很多东西;地下发生着太多的秘密。

麦克拉克伦说，这项研究进一步证明了进化所扮演的角色，因为生态系统越来越受到人类社会的影响。

“近一个世纪的进化变化对沿海生态系统起到了不稳定的作用。其他生态系统中的其他物种可能对人类环境影响有不同的反应，也许为生态系统提供了更多的弹性，或者可能根本没有影响，“他说。“既然我们已经证明进化变化可以足够快和足够大，足以影响生态系统的复原力，我们希望其他研究人员能够考虑对全球环境变化的生物反应的这一组成部分。

这项研究的其他合作者包括田纳西大学的迈克尔·布鲁姆和斯科特·埃姆里奇;史密森尼环境研究中心的吉姆·霍姆奎斯特和帕特里克·梅戈尼格尔;圣母大学的布雷迪·斯蒂勒;和佛罗里达大学盖恩斯维尔分校的Kathe Todd-Brown。

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