تغییرات اقلیمی و فعالیت‌های انسانی چگونه اکوسیستمی کوهستانی را شکل می‌دهد؟
کوهستان‌ها تقریباً یک سوم از تمام گونه‌های ساکن زمین را تأمین و همچنین آب نیمی از کل جمعیت انسان‌ها نیز ازطریق کوهستان‌ها تأمین می‌شود. اکولوژی محیط‌های کوهستانی به‌شدت تحت تاثیر آبوهوا قرار دارد. به‌عنوان مثال، از آنجاییکه با افزایش ارتفاع دما کاهش می‌یابد، ارگانیسم‌هایی که تحمل سرمای بیشتری دارند، در ارتفاعات بالاتر زندگی می‌کنند. بر این اساس، جهشی سریع در گونه‌هایی وجود دارد که در حال حاضر از زمین‌های پست کوهستانی به ارتفاعات سرد در حال حرکت هستند. از آنجاییکه تنها تعداد کمی از این ارگانیسم‌ها توانایی تحمل همچین شرایط آب‌وهوایی سختی را دارند، تعداد کل این‌گونه‌ها در ارتفاعات بالای کوهستانی بسیار پایین است.
تغییرات اقلیمی اکنون در حال تغییر قطعات این پازل است، و متخصصان محیط زیست در تلاش برای پیش‌بینی تصویری هستند که قرار است در اثر این تغییرات پدیدار شود. یکی از منابع اصلی عدم قطعیت در این موضوع این است که تا چه حد استفاده از زمین توسط انسان (برای فعالیت‌های نظیر کشاورزی و قطع درختان) ممکن است با عوامل آب‌وهوایی برای شکل دادن به توزیع گونه‌ها و عملیات فرآیندهای بیوژئوشیمی تعامل داشته باشد. مارسل کی. پیترز و همکارانش تحلیل خود از پژوهش‌شان در این‌باره را در نشریه‌ی نیچر منتشر کردند.
داده‌های جامع زیست‌محیطی که از کوه کلیمانجارو گرفته شده است، نشان می‌دهد دما و بارش تاثیرات استفاده از زمین توسط انسان را روی تنوع زیستی و اکوسیستم‌ها تعدیل می‌کند. پژوهش قبلی از همین گروه پژوهشی نشان داد که با افزایش ارتفاع در کوه کلیمانجارو، تعداد گونه‌های گیاهی و حیوانی در یک نرخ تقریباً خطی کاهش می‌یابد و این موضوع نشان‌دهنده این است که دما مهم‌ترین عامل در تنوع این‌گونه‌ها است. پیترز و همکارانش دامنه ومقیاس ارزیابی اولیه را در پژوهش جدید خود گسترش دادند.
دما مهم‌ترین عامل در تنوع گونه‌ها در کوهستان‌ها است
پژوهش جدید این گروه داده‌های جمع‌آوری شده در مدت ۶ سال توسط ۵۰ پژوهشگر را در ۶۰ مکان که در ارتفاعات ۸۶۶ متر تا ۴۵۵۰ متر بالاتر از سطح دریا قرار دارند، مورد بررسی قرار داد. این مکان‌ها هم زیستگاه‌های طبیعی مانند دشت‌های پست و هم زیستگاه‌هایی را که به‌شدت تحت تأثیر فعالیت انسان قرار گرفتند مانند زمین‌های زراعتی شامل می‌شوند.
پژوهشگران در این پژوهش تعداد گونه‌های گیاهی، حیوانی و باکتری‌های ساکن در خاک در هر محل مورد مطالعه را بررسی کردند. آن‌ها همچنین داده‌های مربوط‌به ۳۰ عملکرد مختلف اکوسیستم را نیز ثبت کردند که شامل فرآیندهای مربوط‌به انتقال انرژی و ماده ازطریق سیستم مربوطه می‌شود (به‌عنوان مثال، نرخ رشد گیاهان، مواد آلی که تجزیه می‌شوند و گازهای گلخانه‌ای که منتشر می‌شوند).
پیترز و همکارانش برای تبدیل اثرات انسانی به یک واحد رایج برای استفاده در تحلیل‌های آماری، یک معیار کمی از شدت استفاده از زمین ابداع کردند که اطلاعات در مورد چندین نوع اختلال انسانی را به‌صورت یکپارچه در بر دارد. برای ارزیابی آب وهوا، این گروه متوسط دمای سالانه و میزان بارش در هر مکان را مورد بررسی قرار دادند. پژوهشگرانی که در حال مطالعه‌ی پدیده‌های اکولوژیکی در مقیاس بزرگ هستند، اغلب مجبور به جمع‌آوری داده‌های پیشین منتشر شده از منابع مختلف و ترکیب این اطلاعات مختلف به یکدیگر برای تحلیل هستند که می‌تواند باعث ایجاد تعصباتی شود.
یک مزرعه ذرت در دامنه کوه کلیمانجارو واقع در تانزانیا. مارسل کی. پیترز و همکارانش گزارشی را درباره‌ی پژوهش خود در مکان‌هایی در ارتفاعات مختلف کوه کلیمانجارو منتشر کردند که در این گزارش آن‌ها چگونگی تعدیل تأثیرات استفاده از زمین توسط انسان (مانند کاشت ذرت) را توسط آبوهوا روی اکوسیستم‌ها بررسی کردند.
با درنظرگرفتن گستره‌ی وسیعی از ویژگی‌ها در بسیاری از مکان‌ها با استفاده از روش‌های استاندارد، پیترز و همکارانش توانستند یکی از زیباترین پرتره‌های زیست محیطی که تاکنون برای هر کوه به دست آمده را ایجاد کنند.
پیترز و همکارانش گزارش کردند که ترکیب اثرات آبوهوا و استفاده از زمین توسط انسان به یک روش ثابت برای گیاهان و حیوانات وجود دارد. تنوع گونه‌ای بین زیستگاه‌های طبیعی و تغییر یافته توسط انسان در ارتفاعات بالا تفاوت کمی داشت، اما تنوع گونه‌ای در زیستگاه‌های کم ارتفاع که به وسیله فعالیت انسان تغییر یافته بود، کاهش می‌یافت. این روندها با استفاده از مدل‌های آماری که شامل تعاملات بین آبوهوا و شدت استفاده از زمین بودند، توصیف شد. به‌عبارت دیگر، تاثیر استفاده از زمین توسط انسان به آبوهوا بستگی داشت و اثر متقابل هر دوی این عوامل برای توضیح الگوهای مشاهده شده در داده‌ها ضروری بود.
کشف این روندها در عملکرد اکوسیستم در رابطه با آبوهوا و فعالیت انسان، دشوارتر است. همه‌ی عملکردهای مورد پژوهش به جز پنج مورد آن‌ها تحت تاثیر شدت استفاده از زمین بودند، و در بسیاری از موارد اثرات استفاده از زمین به آبوهوا بستگی دارد. اما این تعاملات همه نوع فرم رفتاری را به نمایش می‌گذاشتند، و تلاش برای شناسایی یک الگوی عمومی را به چالش می‌کشیدند. تصویر واضح‌تر زمانی ظاهر شد که پیترز و همکارانش تمام ۳۰ عملکرد اکوسیستم را به یک شاخص آماری ترکیبی تبدیل کردند: به‌طورکلی، عملکرد اکوسیستم بیشتر تحت تاثیر شدت کاربری زمین قرار گرفته بود و این اثرات در ارتفاعات بلند و کم نسبت به ارتفاعات میانی قوی‌تر بودند.
متخصصان محیط زیست به‌دنبال قوانین ساده‌ای هستند تا چگونگی واکنش اکوسیستم‌ها به شیب‌های محیطی و اختلالات ناشی از فعالیت‌های انسانی را توصیف کنند. بااین‌حال تجزیه و تحلیل چنین سیستم‌های پیچیده‌ای با بخش‌های آشفته زیاد، نیازمند سطحی از انتزاع آماری است که درک مکانیزم‌های زیربنایی الگوها در داده‌ها را دشوار می‌سازد. پیترز و همکارانش از یک پرتره غنی از الگوهای اکولوژیکی در کوه کلیمانجارو رونمایی کردند، اما در عین حال توضیح می‌دهد که چرا این الگوها با استفاده از آبوهوا و استفاده از زمین توسط انسان به شیوه‌ای شکل می‌گیرند که آن‌ها را به یک چالش با‌اهمیت برای پژوهش‌های آینده تبدیل می‌کند.
همانند هر تحلیل مقایسه‌ای در مقیاس بزرگ، هر شخص باید توضیحات جایگزین بالقوه برای نتایج را در نظر بگیرد. به‌عنوان مثال، در کوه کلیمانجارو، نواحی با ارتفاع بیش از ۱۸۰۰ متر از سطح دریا جزئی از یک پارک ملی هستند، و این موضوع محدودیت‌هایی را برای استفاده از زمین توسط انسان ایجاد می‌کند. درواقع، پیترز و همکارانش دریافتند که شدت استفاده از زمین در ارتفاعات کم در کوه بسیار بیشتر بود (و بنابراین به‌طور مثبتی با دما ارتباط دارد) که این موضوع برای تمام کوه‌ها در سرتاسر جهان معمول است. این ارتباط‌ها، جدا کردن کامل نقش آبوهوا و استفاده از زمین را دشوار می‌کند. آیا این امکان وجود دارد که دلیل بیشتر بودن اثرات انسانی در ارتفاعات پایین این باشد که فعالیت انسان در خارج از پارک ملی بسیار بیشتر بود؟
برای پاسخ به این سؤال، پژوهشگران این گروه تحلیل‌های بیشتری را روی زیرمجموعه‌های مختلف داده‌هایشان انجام دادند که نتایج اصلی آن‌ها را تقویت کرد. با این وجود، تعیین درجه‌بندی برای تغییرات در تاثیرات ناشی از عملکرد انسان در ارتفاعات مختلف توسط مکانیزم‌های بیوفیزیکی کنترل می‌شود و و در مقابل بازتاب گرایش‌ها در رفتار انسان که ریشه در محدودیت‌های آب و هوایی و هم محدودیت‌های قانونی برای استفاده از زمین دارد، کار بیشتری لازم خواهد بود.
با گرم شدن محیط‌های کوهستانی در دنیای امروزه، چه کاری می‌توان برای حفاظت از ثروت عظیم زیستی آن‌ها انجام داد؟ نه تغییرات اقلیمی و نه فشار فعالیت‌های انسان در کوهستان‌ها به‌زودی متوقف نخواهد شد، اما این نواحی می‌توانند در مقابل استفاده‌ی وسیع و شدید انسان محافظت شوند و این موضوع خود می‌تواند باعث ایجاد تفاوتی چشمگیر شود. نتایج حاصل از پژوهش پیترز و همکارانش نشان می‌دهد که چنین حفاظتی برای گستره‌ی وسیعی از ارتفاعات کوهستانی شامل مناطق کم ارتفاع که در حال‌حاضر در معرض بیشترین آسیب نسبت به فعالیت‌های انسانی هستند و مناطق با ارتفاع بیشتر لازم است تا بتوان آشیانه‌ای امن را برای گونه‌های پناهنده به این مناطق فراهم کرد. تقریباً نزدیک به ۴۰ درصد از کوهستان‌ها هیج منطقه‌ی حفاظت‌شده‌ای ندارند و تعداد کمی از کوهستان‌ها مناطق حفاظت‌شده‌ای دارند که تمامی ارتفاعات آن‌ها را پوشش بدهد. هم‌اکنون در سرتاسر جهان نیاز مبرمی به ایجاد مناطق حفاظت‌شده در کوهستان‌ها برای پوشش بهتر ارتفاعات آن‌ها وجود دارد.