Hela ekosystem förskjuts dramatiskt norrut på Great Plains, ett fenomen som sannolikt är kopplat till mänsklig påverkan som klimatförändringar, säger ny University of Nebraska-Lincoln forskning som analyserade nästan 50 års data om fågelfördelningar.

Den nordligaste ekosystemgränsen skiftade mer än 365 miles norrut, med den sydligaste gränsen som rör sig cirka 160 miles från 1970 års baslinje.

Resultaten kan informera om utvecklingen av ett system för tidig varning som skulle ge markförvaltare decennier att förbereda sig för ekosystemskifte eller kollaps, låta dem ta emot eller främja förändringen istället för att bara reagera, sa forskarna.

Tidig varning, längta sirenen efter extrema väderhändelser som tornados, är också ett framväxande mål inom ekologi. Ekologer trodde länge att ekosystem reagerar på yttre påtryckningar - klimatförändringar, invasiva arter – i idiosynkratiska, till stor del oförutsägbara sätt.

Men lagets nya studie, publicerad 24 juni i tidningen Naturens klimatförändringar , lyckades kvantifiera den rumsliga komponenten av den förändringen för första gången. Genom att göra så, det tyder på att ekologiska svar är mycket mer ordnade och förutsägbara än man tidigare trott.

"Om vi ​​kan arbeta för att förebygga (av förändringar), vi kommer att spara så mycket pengar och tid, " sa Caleb Roberts, huvudförfattare och postdoktor vid Nebraska. "Vi behöver inte oroa oss för specifika hotade arter, kanske, eftersom vi kommer att skydda systemet de kräver."

För att komma fram till deras slutsatser, forskarna analyserade 46 års fågeldata som samlats in för North American Breeding Bird Survey, ett U.S. Geological Survey-program utformat för att spåra fågelpopulationer. Den undersökningen inkluderade mer än 400 fågelarter som finns inom en 250 mil bred transekt som sträcker sig från Texas till North Dakota.

Teamet separerade sedan fågelarter i grupper baserat på deras kroppsmassa och sökte efter luckor i gruppernas fördelning. Dessa luckor fungerar effektivt som DNA-signaturen för ett ekosystem, sa medförfattaren Craig Allen, så att teamet kan identifiera var ett ekosystem slutar och ett annat börjar.

Genom att analysera den geografiska rörelsen av de distinkta kroppsmassasignaturerna under 46-årsperioden, teamet lyckades mäta hur mycket och hur snabbt varje ekosystem skiftade norrut.

"Allt (dessa pauser) säger är att det finns många djur med den lilla kroppsstorleken; sedan finns det ett gap med ingenting i denna mellankroppsstorlek; sedan har du en annan grupp och en annan grupp, "sa Allen, föreståndare för universitetets Centrum för motståndskraft i arbetande jordbrukslandskap. "Och eftersom dessa återspeglar skalområdena i ett ekosystem, det är som en signatur – DNA – för ett givet ekosystem."

Över deras studieområde, och med tiden, forskarna identifierade tre distinkta ekosystemgränser, med en fjärde – och därmed en fjärde ekosystemregim – som dyker upp under det sista decenniet.

Det faktum att den nordligaste gränsen förskjutits mer än dess sydligaste motsvarighet återspeglar ett väldokumenterat fenomen som kallas arktisk förstärkning, tyder på att klimatförändringarna spelar in, sa forskarna. Men rörelsen är också i linje med andra globala förändringsdrivkrafter som inkluderar trender för skogsbränder; invasionen av vedartade växter såsom östliga röda cederträd; energiutveckling; omvandling av jordbruksmark; och urbanisering.

"Som det mesta inom ekologi, (dessa förändringar) har sannolikt flera orsaker, " Sa Allen. "Och jag tror att det är ganska svårbehandlat att försöka separera, säga, trädinvasion från klimatförändringar, eftersom det har att göra med brand men också med förändrat klimat. Alla dessa saker är mycket relaterade."

Gräsmarker är det mest hotade ekosystemet i världen, Roberts sa, delvis på grund av intrång av vedartade växter. Det intrånget, han sa, är något människor kan arbeta för att kontrollera genom att öka förbränningen, öka trädavverkningen och minska plantering.

"Det är allt vi kan göra och använda den tidiga varningen för att säga, 'Vi kommer till kanten av det här gräsmarkens motståndskraft. Den håller på att kollapsa, speciellt i vårt område. Vad kan vi göra för att stoppa det? Det är den typen av kraft det här verktyget skulle ha, "sa han." Du behöver inte vänta tills det kommer till dig. Du kan se det komma och agera förebyggande."

När markförvaltare väntar tills problemet kommer till deras bakdörr, Allen sa, det är ofta för sent att ändra resultatet. Med tanke på det brådskande, forskarna planerar att utöka räckvidden för sina ekosystemanalyser både öster och väster – eventuellt plocka upp skogsmarker och bergskedjor – samtidigt som de ytterligare klargör hur närliggande ekosystem rör sig i förhållande till varandra och i förhållande till globala drivkrafter.

Så småningom, forskarna sa, de har för avsikt att utveckla verktyg som kan användas av markförvaltare och naturvårdare, allt från privat industri till militären.

"Vi arbetar nära med en lång lista med partners för att förstå hur man navigerar i den här typen av övergångar och öka prestanda för bevarandeinvesteringar, " sa Dirac Twidwell, docent i agronomi och trädgårdsodling. "Storskaliga övergångar ska inte underskattas. Att återställa det som har gått förlorat har visat sig vara utomordentligt svårt när utmaningen spänner över stora geografiska regioner."