بهار زودتر از همیشه در راه است؟ کشف رازهای تاریخی گل‌دهی گیاهان!

داستان روز جوندگان و حدس و گمان‌های فصلی

تو تاریخ دوم فوریه ۱۸۸۷، مردمِ پنکسوتاونی ایالت پنسیلوانیا سراغ یه جونده‌ی بزرگ رفتن تا براشون درباره‌ی اومدن بهار مشاوره بده. این اتفاق، به عنوان اولین جشن رسمی روز جوندگان شناخته می‌شه. به گفته‌ی راب گورالنیک، که سرپرست اطلاعات تنوع زیستی تو موزه‌ی تاریخ طبیعی فلوریدا هست، توانایی ما تو پیش‌بینی زمان فصل‌ها از اون موقع تا حالا زیاد بهتر نشده. اون گفت: «ما نمی‌تونیم با اطمینان پیش‌بینی کنیم که بهار سال آینده، زودتر یا دیرتر میاد، به اندازه‌ای که می‌تونیم وضعیت هوا رو پیش‌بینی کنیم.» الگوهای آب و هوایی خیلی رو زمان شروع و پایان فصل‌ها تاثیر دارن، ولی این‌که گیاه‌ها و حیوونا چه‌جوری به این الگوها واکنش نشون می‌دن، که بهش می‌گن «فِنولوژی»، به همون اندازه مهمه.

چالش‌های پیش‌بینی فنولوژی

هواشناسا می‌تونن پیش‌بینی‌های دمایی قابل اعتمادی رو ماه‌ها قبل بکنن، اما وقتی می‌خوان زمان باز شدن برگا رو تو یه نوع درخت پیش‌بینی کنن، دانشمندا معمولاً گیج می‌شن. با اضافه شدن عواملی مثل تغییرات اقلیمی به این معادله، پیش‌بینی کردن این چیزا، سخت‌تر هم می‌شه. ولی یه مطالعه‌ی جدید که تو مجله‌ی Communications Earth & Environment منتشر شده، قرار هست پیش‌بینی فصل‌ها رو یه کم راحت‌تر و خیلی قابل اعتمادتر کنه.

پیشرفت در پیش‌بینی فنولوژی

نویسنده‌های این تحقیق، روش‌های فعلی برای پیش‌بینی فنولوژی رو بهتر کردن و اندازه‌گیری سرعت گرم شدن یه منطقه تو بهار رو هم بهش اضافه کردن. این پیشرفت باعث شد نویسنده‌ها بتونن پیش‌بینی کنن که زمانِ برگ دادن و گل دادن تو طول بیش از ۱۵۰ سال چه‌جوری تغییر می‌کنه. الان انواع گیاه‌ها تو ایالات متحده سه تا چهار هفته زودتر از ۱۵۰ سال پیش گل می‌دن.

کشف داده‌های تاریخی

این پیشرفت، نتیجه‌ی کشف دوباره‌ی یه گزارش قدیمی از قرن نوزدهم بود که توش هزاران مشاهده‌ی دقیق فنولوژیکی درباره‌ی گیاها و حیوونا تو سراسر شرق آمریکا نوشته شده بود. این مشاهدات نشون‌دهنده‌ی اولین تلاش سازمان‌یافته، زیر نظر مؤسسه‌ی اسمیتسونیان، برای نظارت رو چرخه‌های زیستی تو آمریکا بود، که با جمع‌آوری‌های داوطلبانه انجام می‌شد. این باعث شد که اون تبدیل بشه به اولین پروژه‌ی علمی شهروندی، که فنولوژی توش نقش داشت، تو کشور. نویسنده‌ها با استفاده از این الگوهای تاریخی به عنوان نقطه‌ی شروع، دقت معادله‌هاشون رو محک زدن.

تاثیر تغییرات اقلیمی

چون گیاه‌ها تو دهه‌ی ۱۸۵۰، تو یه زمان مشخص برگ و گل می‌دادن، اونا پیش‌بینی کردن که زمان این الگوها، ۱۷ سال بعد چه‌جوری تغییر می‌کنه. بعد نتایجشون رو با مشاهدات امروزی مقایسه کردن تا ببینن چقدر به هم می‌خورن. ترزا کریمینز، که مدیر شبکه‌ی ملی فنولوژی تو آمریکاست و یکی از نویسنده‌های این مطالعه‌ست، وقتی داشت روی یه فصل از یه کتاب درباره‌ی فنولوژی کار می‌کرد، به این گزارش برخورد. اون گفت: «من این سند قدیمی رو پیدا کردم و فهمیدم که اطلاعات واقعی توش هست؛ بقیه گزارشایی که بهشون اشاره شده بود، فقط خلاصه‌‌ای بودن.»

داده‌های تاریخی و نتایج

این گزارش نتیجه‌ی یه شبکه‌ی علمی شهروندی بود که اسمیتسونیان، برای نظارت بر شرایط فصلی، راه‌اندازی کرده بود و تو دو جلد توسط دفتر ثبت اختراعای آمریکا چاپ شد. چاپ جلد دوم، که اطلاعات درباره‌ی گیاها و حیوونا توش بود، به خاطر حجم زیاد مدارکی که باید تو طول جنگ داخلی چاپ می‌شد، عقب افتاد. وقتی این گزارش بالاخره منتشر شد، نیمه‌ی دومش شامل اطلاعاتی درباره‌ی زمان برگ دادن، گل دادن و میوه دادن از میشیگان تا فلوریدا و حتی تا کالیفرنیا تو غرب بود. گورالنیک گفت: «این قدیمی‌ترین مجموعه‌ی اطلاعاتی هست که ما داریم و توش به فنولوژی تو مقیاس بزرگ نگاه می‌کنیم و تغییر بین اون موقع و الان واقعا شگفت‌انگیزه.»

نتایج حیرت‌آور

برای محک زدن معادله‌هاشون، نویسنده‌ها با مقایسه کردن چرخه‌های رشد تاریخی با مشاهداتی که تو دهه‌ی گذشته برای ۱۸ نوع گیاه انجام شده بود، شروع کردن. اونا انتظار داشتن بین این دو دوره به خاطر تغییرات اقلیمی، تفاوت‌هایی وجود داشته باشه، ولی فکر نمی‌کردن که این‌قدر تغییرات زیاد باشه. کریمینز گفت: «همه‌ی ۱۸ نوع گیاه، زمانِ برگ دادن و گل دادنشون رو جلوتر انداختن. به طور متوسط، این اتفاق بیش از سه هفته زودتر از قبل افتاده. بعضی از انواع گیاها بیش از یک ماه زودتر گل می‌دن.» واقعیت اینه که گرم شدن جهانی، باعث شده بهارها زودتر و تابستون‌ها طولانی‌تر بشن، ولی چون اطلاعات تاریخی کمی داریم، تایید کردن این تغییرات که یه بازه‌ی زمانی طولانی رو پوشش می‌ده، خیلی کم پیش میاد.

تاثیر گرم شدن بهاری رو زمان برگ دادن و گل دادن گیاه‌ها

تو طول ۱۷۵ سال گذشته، همه‌ی مناطق و انواع گیاها تو شرق آمریکا، تغییرات یکسانی رو تجربه نکردن. مثلاً، پدیده‌شناسی تو شمال‌شرق آمریکا، بیشتر از جنوب‌شرق پیشرفت کرده. معادله‌های شناخته‌شده‌‌ای که برای پیش‌بینی رشد برگ و زمان گل دادن استفاده می‌شن، نتونستن این الگوها و بقیه‌ی الگوهای به‌ظاهر غیرعادی رو توضیح بدن. معمولاً، دانشمندا از دو متغیر کلی برای پیش‌بینی پدیده‌شناسی استفاده می‌کنن: موقعیت گیاه و میزان هوای گرمی که برای فعال شدن نیاز داره. این روش برای انواع خاصی از گیاها، تو یه منطقه‌ی محدود، خوب جواب می‌ده، ولی تو پیش‌بینی تغییرات کلی، مثل اومدن بهار برای یه جنگل کامل، کمتر موثره. این محدودیت معمولاً به تنوع زیاد تو و بین انواع گیاها ربط داده می‌شه. مثلاً، یه درخت افرا یه جور دیگه به شرایط واکنش نشون می‌ده، تا یه درخت بلوط، و یه درخت بلوط هم تو یه منطقه، یه جور دیگه عکس‌العمل نشون می‌ده، تا یه بلوطِ دیگه از همون نوع، تو یه منطقه‌ی دیگه.

تغییرات اقلیمی چالشای جدیدی درست می‌کنه. لینزی کمپبل، که نویسنده‌ی همکار و استاد آزمایشگاه حشره‌شناسی پزشکی دانشگاه فلوریدا هست، گفت: «تنوع فقط بین انواع گیاها نیست، بلکه تو عرض‌های جغرافیایی هم تو میزان گرم شدن دنیا، تفاوت وجود داره. اقلیم تو عرض‌های جغرافیایی بالاتر، زودتر گر‌م می‌شه.» حتی وقتی دانشمندا این گرم شدن نابرابر رو هم در نظر می‌گیرن، باز الگوهای دیگه‌ای وجود دارن که هنوز براشون توضیحی پیدا نشده. مثلاً، درختای افرا قرمز، از اولین گیاهانی هستن که تو شرق آمریکای شمالی فعال می‌شن. تو اواخر زمستون و اوایل بهار، افراهایی که برگ ندارن، گلای قرمزی رو باز می‌کنن که تو بین درختا، که برگ ندارن و خوابیدن، مثل یه علامت چشمک‌زن می‌درخشن. آزالیاهای صورتی یه روش ملایم‌تر دارن و برگا و گل‌هاشون تو اواسط بهار ظاهر می‌شن. ولی تو بعضی شرایط، این ترتیب می‌تونه برعکس بشه و گیاهانی که معمولاً دیر گل می‌دن، مثل آزالیاهای صورتی، می‌تونن قبل از اونایی که زود گل می‌دن، مثل افراها، گل بدن، حتی اگه تو یه عرض جغرافیایی رشد کنن.

گورالنیک فکر می‌کرد که یه تیکه‌ی گم‌شده از معما وجود داره که اگه پیدا بشه، می‌تونه به درک الگوها کمک کنه. علاوه بر موقعیت گیاه و نیازش به گرما، اون یه اندازه‌گیری برای سرعت گرم شدن اضافه کرد، یعنی میزان افزایش دما تو طول بهار. مناطق نزدیک به آبای بزرگ، معمولاً سرعت گرم شدنشون کمتره، چون آب نسبت به هوا، زمان بیشتری لازم داره تا گرم بشه. از اون‌جایی که آب همچنین گرما رو بیشتر از هوا نگه می‌داره، این مناطق معمولاً زمستونای گرم‌تری هم دارن. اون یه سری طرحای اولیه‌ای کشید و از کریمینز و کمپبل کمک خواست تا ایده‌ش رو درست کنن و یه مدل بسازن برای این‌که سرعت گرم شدن و نیاز به گرما چه‌جوری رو پدیده‌شناسی تاثیر می‌ذارن.

برای امتحان کردن این ایده، دو تا کارآموز موزه، میکائیلا کیز و کارولین دیویس، اطلاعات تاریخی گزارش اسمیتسونیان رو دیجیتالی کردن. ارین گرادی، که نویسنده‌ی همکار و دانشجوی دوره‌ی دکترا تو بخش زیست‌شناسی دانشگاه فلوریدا هست، مشاهدات امروزی رو که توسط شهروندان محقق جمع‌آوری شده بود و به‌صورت عمومی از طریق iNaturalist و شبکه‌ی پدیده‌شناسی ملی در دسترس بود، جمع‌آوری کرد. بعد از تحلیل اطلاعات، حدساشون تایید شد. با اضافه شدن سرعت گرم شدن، پیش‌بینیشون با الگوهای اطلاعاتی‌شون با دقت هماهنگ شد. این کار، توضیحاتی هم برای الگوهایی که تا اون موقع قابل توضیح نبودن، ارائه کرد، مثل سبقت گرفتن گیاهای دیررس از گیاهای زودرس. هرچند اونا معمولاً دیر گل می‌دن، ولی یه آزالیای صورتی، تو یه منطقه‌ای که دمای بهاریش به سرعت زیاد می‌شه، می‌تونه قبل از یه افرا که تو منطقه‌ای با افزایش دمای کندتر رشد می‌کنه، گل بده.

افزایش دقت تو پیش‌بینی چرخه‌ها تو اکوسیستم‌ها، ممکنه به محافظت‌کننده‌های محیط زیست کمک کنه تا بهتر برنامه‌ریزی کنن. گورالنیک گفت: «با این‌که دمای جهانی داره به خاطر تغییرات اقلیمی زیاد می‌شه، انواع گیاها، نه فقط زمان کارهاشون رو عوض می‌کنن، بلکه این کارا رو تو مکانای مختلف هم انجام می‌دن، چون پراکندگی‌شون هم تغییر می‌کنه. من همیشه نسبت به این‌که آیا می‌تونیم پیش‌بینی کنیم جهان تو آینده‌ی نزدیک چه‌جوری خواهد بود، شک داشتم، ولی فکر می‌کنم با دیدگاه جامع‌تری که پیدا می‌کنیم و با درک فرآیندهای زیرین، داریم بهتر می‌شیم. این کار به ما کمک می‌کنه تا تنوعی که هنوز داریم رو مدیریت کنیم.»