Forskare från ETH Zürich studerar hur alpin vegetation reagerar på ett värmande klimat – och hur vissa växtsamhällen fortsätter att stå fast mot nykomlingar från lägre höjder.

En blick nedför den svindlande sluttningen räcker för att skapa en svindlande känsla av att vara luftburen. Långt nedanför ligger staden Chur, med små bilar som skalbaggar bland leksakshus. Med ett stadigt grepp om ratten går Jake Alexander uppför den gropiga vägen, som på många ställen är för smal för att två fordon ska kunna passera.

Hans mål är Chrüzboden, en alpin äng som ligger ovanför trädgränsen på Haldenstein-toppen i Calanda-massivet, cirka 2 000 meter över havet. Det är en populär dagstur från Chur, men Alexander är här i sin roll som biträdande professor i växtekologi vid ETH Zürich. Under de senaste 15 åren eller så har han genomfört experiment för att bättre förstå klimatförändringarnas effekter på alpfloran.

Calanda är den perfekta platsen för denna typ av forskning. Över en yta av 5 kilometer omfattar den hela skalan av höjdvegetationszoner i Alperna, från collinezonen på dalbottnen till det alpina bältet vid dess 2 800 meter höga topp. Hela massivet är anmärkningsvärt enhetligt i både aspekt och geologi - och hela området ligger inom räckhåll för Zürich. "Vi borde verkligen inrätta en alpin forskningsstation här, det skulle vara fantastiskt!" säger Alexander.

För att täcka hela spännvidden av höjdzoner har han och hans kollegor satt upp flera experimentella platser på olika höjder. Den högsta, Chrüzboden, är på 2 000 meter; den lägsta är på 1 000 meter. De andra platserna ligger med 200 meters mellanrum mellan de två.

Efter en stigning på cirka 1 400 meter runt otaliga hårnålsböjar når vi äntligen Chrüzboden. Det är juni och korna betar bland blommor av alla former och färger, slingrar sig mellan fläckar av gult, rosa och lila.

Alexander parkerar bilen och beger sig uppför till en ängsmark som är skyddad från boskapen av ett elstängsel. Innanför det inhägnade området ligger hans forskningstomter. Några av dessa är inneslutna i Perspex-kammare med öppen topp, som tillhandahåller passiv uppvärmning för att simulera global uppvärmning.

Forskarna studerar hur växtsamhällen på hög höjd reagerar när de konfronteras med arter som rör sig upp från lägre höjder. Tidigare forskning har visat att bergsområden i genomsnitt värms upp dubbelt så snabbt som resten av världen. Detta skapar potential för vissa arter att utöka sina livsmiljöer, antingen till högre höjder eller högre breddgrader som i Arktis. Alexanders tidigare studier har visat att alpina växter ofta verkar oberörda av den globala uppvärmningen i sig men ändå kan kämpa för att klara konkurrensen från nya arter som vandrar uppför berget.

Större och snabbare

Förr eller senare kan detta leda till förändringar i artsammansättningen i dagens alpina och subalpina växtsamhällen. Nya arter innebär nya interaktioner – och eftersom växter från låglandet är större och växer snabbare, lämnar de bokstavligen mindre alpina arter i skuggorna. "Ett varmare klimat ger dem en konkurrensfördel, och de hotar att tränga undan alpina arter", säger Alexander.

Arter som vandrar till topparna möter i allmänhet mindre konkurrens om utrymme, ljus, vatten och näringsämnen eftersom vegetationen tenderar att vara glesare på så höga höjder. Men situationen är annorlunda vid trädgränsen, där arter som stiger upp från lägre höjder möter ängar och betesmarker nästan utan luckor i vegetationen. Dessa växtsamhällen har utvecklats under århundraden – tillräckligt med tid för att otaliga interaktioner ska ha uppstått mellan individer och arter, inklusive med mikroorganismer som jordbakterier och svampar.

Vid nuvarande uppvärmningsnivåer kan nya arter ha svårt att få fotfäste, åtminstone till en början. Men när klimatet blir varmare kommer de att få en konkurrensfördel - och när växtarter från låglandet etablerar sig kommer de att orsaka en förändring i både sammansättningen och otaliga interaktioner av det ursprungliga växtsamhället. Detta är ett fenomen som forskarna redan har observerat i experiment på sin plats på 1 400 meter.

"Vi vill upptäcka hur motståndskraftiga dagens växtsamhällen är mot nyanlända. Vi vill också ta reda på om arter från lägre höjder redan kan etablera sig högre upp på berget och, om inte, vad som hindrar dem", säger Alexander, medan han kartlägger en experimentell tomt fylld med ett överflöd av ängsblommor.

Forskarna tog först bort all ursprunglig vegetation från den kvadratmeter stora tomten. De planterade sedan den kala jorden med tio olika arter som till övervägande del är inhemska på låga och medelhöga höjder, inklusive ängssalvia, brun ränna och blåsa.

Alexander riktar sin uppmärksamhet mot en annan tätbevuxen tomt och trycker isär lövverket med händerna. Begravd i mitten ligger en brun ryggväxt, identifierad av en färgad plasttandpetare. Till skillnad från sina kamrater i den kala tomten är denna växt liten och bär en ensam blomma. "Det har svårt att tävla mot sina nya grannar", säger han. "Men i princip kan den verkligen växa på denna höjd i dagens klimat."

Djurtransport

Men erövringen av alpina eller subalpina livsmiljöer av växter från lägre höjder går långsammare än förväntat, säger ekologen. Han menar att detta, förutom motstånd från befintlig vegetation, delvis kan bero på växternas dåliga spridningsförmåga. Vissa har frön som kan bäras av vinden, men de som inte brukar förlita sig på djur för att sprida sina frön. Studier har till exempel visat att kor transporterar grobara frön i tarmen.

En av Alexanders masterstudenter kommer snart att påbörja ett projekt för att avgöra om rådjur och sämskdjur också sprider frön från vissa växtarter. I slutändan bör dessa data flöda in i mekanistiska modeller som hjälper forskare att förutsäga förändringar i växtsamhällen, inklusive klimatprognoser såväl som spridningsmekanismer, interaktioner mellan växter och hur de utvecklas.

Alexander är redan på väg tillbaka ner till Haldenstein och Chur och navigerar försiktigt bilen mot husen långt nedanför. När han når en hårnålsböj tar han en högersväng för att inspektera deras experimentplats 1 400 meter över havet. Han parkerar bilen i slutet av vägen och går de sista hundra metrarna uppför ett spår. Snart står han på kanten av en stor glänta som kallas Nesselboden. Det är märkbart varmare här än 600 meter längre upp. Medeltemperaturen ändras med cirka 0,5 grader Celsius för varje 100 höjdmeter, så en enkel beräkning tyder på att luften runt oss nu är 3 grader varmare. Detta är alltså det klimat som alpina växter kommer att konfronteras med i framtiden.

Kamp om resurser

Ängsblommorna som transplanterats till denna tomt är ännu mer sprudlande och blomstrar både isolerat och i närvaro av befintlig vegetation. De har uppenbarligen inga svårigheter att konkurrera med andra växter som är inhemska på denna höjd. Men saker och ting ser ganska annorlunda ut i en av de andra kvadratmeterna med jord. Som en del av ett tidigare experiment för några år sedan transplanterade forskarna jorden och dess växtsamhälle från 2 000 meter till denna plats på 1 400 meter, vilket effektivt slungade in dem i framtidens klimat.

Plåstret domineras av alchemilla, mer känd som lady's mantel. "Den här arten har helt klart inga problem med det nya klimatet. Men några av de andra alpina växterna som transplanterades samtidigt har redan förlorat kampen om resurserna mot konkurrenter som är bättre anpassade till varma temperaturer", säger Alexander och räcker upp en hand för att skydda hans ögon från den nedgående solen. "Så, förutsatt att det fortsätter att bli varmare och torrare på högre höjder, är det detta som växterna där uppe kommer att möta." Hur det än är, säger han, avser de att studera dessa forskningsområden i Nesselbodens glänta i minst tio år för att verifiera om deras förutsägelser om hur växtsamhällen kommer att förändras är korrekta.

Alexanders forskning kommer så småningom att avslöja exakt hur floran på Calanda kommer att utvecklas. Men det verkar verkligen som att förändring är oundviklig - och att många fler fläckar av vita, violetta och gula blommor snart kommer att prickas över dagens alpina ängar.