På detta foto av den tropiska regnskogen i Panama, Handroanthus guayacan, fokus för en ny Brown/UCLA-studie, blommar i gult medan Jacaranda copaia har blå blommor och Cavanillesia plantanifolia har rosa frukt. Utnyttja regelbundna årliga förändringar, som blomning och frukt, tillät Brown-ekologen Jim Kellner att spåra enskilda träd genom tiden och kartlägga fördelningen av vissa arter över ett stort område. Kredit:Jonathan Dandois och Helene Muller-Landau/Smithsonian Tropical Research Institute.
Arbeta med högupplöst satellitbildteknik, forskare från Brown University och University of California, Los Angeles har avslöjat nya ledtrådar i en urgammal fråga om varför tropiska skogar är så ekologiskt olika.
När jag studerade Handroanthus guayacan, en vanlig tropisk trädart, under en 10-årsperiod, de fann att trädpopulationen ökade främst på platser där trädet är sällsynt, snarare än på platser där det är vanligt.
"Det finns fler trädarter som lever i ett område som inte är mycket större än några fotbollsplaner i Panama än i hela Nordamerika norr om Mexiko tillsammans, sa Jim Kellner, första författare på tidningen och biträdande professor i ekologi och evolutionsbiologi vid Brown. "Hur denna mångfald uppstod, och varför det kvarstår över tid är en paradox som har utmanat naturforskare i mer än ett sekel."
Tills nu.
"Templet med studien är att det finns en "negativ feedback" på befolkningstillväxt, "Kellner sa, vilket sätter käppar i hjulet för befolkningstillväxten på platser där arten är vanlig.
Fynden bekräftar en förutsägelse från 1970-talet, som hävdade att tropiska skogar är olika eftersom naturliga fiender håller befolkningen i schack. En fiende kan vara en fröätare, en växtätare eller en patogen, sa Kellner, som är knuten till Institutet vid Brown for Environment and Society.
Till exempel, överväga en ek och en ekorre. Ekorren äter ekollon och söker hellre föda där ekar är rikliga. En ensam ekollon mitt i en lund av lönnar kommer sannolikt att gå obemärkt förbi av en ekorre, medan många ekollon i en eklund kommer att ätas. Om denna typ av beteende är utbrett i tropiska regnskogar, det kan hindra arter från att bli för vanliga, sa Kellner.
Tidigare studier har visat att detta negativa feedback-fenomen gäller bland unga träd - frön, plantor och plantor - men ekologer hade inte kunnat avgöra om det påverkar vuxna träd, den reproduktiva delen av befolkningen, han sa.
"Det tar årtionden för träd att bli reproduktiva i tropiska skogar, och problemet förvärras av hur sällsynt varje art är, " sa Kellner. "Vi fann att för denna art, du skulle behöva söka cirka 250 hektar för att hitta ett nytt vuxet träd varje år."
Den utmaningen är inte genomförbar till fots, men fjärranalys kan övervinna utmaningarna med att observera stora områden.
Kellner och medförfattare Stephen Hubbell, en ekologiprofessor emeritus vid UCLA, använde högupplösta satellitbilder för att spåra individer på Barro Colorado Island, en sex kvadratkilometer stor ö mitt i Panamakanalen, över 10 år. De letade efter Handroanthus guayacan, ett tropiskt regnskogsträd som ger ljusgula blommor några dagar om året.
"Genom att tajma satellitbildsinsamlingen med säsongsbunden blomning, vi kunde identifiera de flesta vuxna för denna art på ön, sa Kellner.
De hittade 1, 006 vuxna träd. Med början 2012 och tittar bakåt över den 10-åriga studieperioden, Kellner och Hubbell kunde identifiera när nya träd anslöt sig till den vuxna befolkningen för första gången. De använde avancerade statistiska metoder för att försäkra sig om att de faktiskt identifierade nya vuxna och inte bara träd som hade hoppat över ett år av blomning eller som hade blommat tidigt eller sent.
Forskarna fann att negativ feedback påverkade mängden nya vuxna träd och att den kan påverka populationen av nya vuxna träd i ett område med nästan 100 fotbollsplaner. Detta står i kontrast till tidigare studier av unga träd, som fann att effekterna av värdspecifika fiender vanligtvis är begränsade till små områden, sa Kellner.
För att bekräfta placeringen av träd från satellitdata, de gick till ön och hittade självständigt 123 vuxna träd av samma art. Av dessa, 89 procent hade upptäckts i högupplösta bilder, vilket tyder på att deras data är en nästan fullständig folkräkning av arten.
Kellner sa att konsekvenserna kan vara breda.
"Jag kan inte komma på någon idé inom ekologi som är viktigare än befolkningsdynamik, ", sa han. "Det är viktigt för allt från fiskekort till att förutse sjukdomsutbrott."
Forskningen publicerades i måndags, 15 oktober, i Proceedings of the National Academy of Sciences .
