Изучена подземная сеть микробов, которая соединяет деревья.
Деревья были бы ничем без их микробных помощников. Миллионы видов грибов и бактерий осуществляют обмен питательными веществами между почвой и корнями деревьев, образуя обширную взаимосвязанную сеть организмов по всему лесу. Теперь, впервые, ученые подробно расписали эту «лесную паутину» в глобальном масштабе, используя базу данных более чем 28 000 деревьев, живущих в более чем 70 странах.
Прежде чем ученые смогли составить карту подземной экосистемы леса, им нужно было знать нечто более фундаментальное: где живут деревья. Швейцарский эколог Томас Кроутер собрал огромное количество данных об этом, начиная с 2012 года, от правительственных учреждений и отдельных ученых, которые идентифицировали деревья и измеряли их размеры по всему миру. В 2015 году он составил карту глобального распределения деревьев и сообщил, что на Земле насчитывается около 3 триллионов деревьев.
Вдохновленный этой работой, Кабир Пей, биолог из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, предложил Кроутеру сделать то же самое для сети подземных организмов, которая соединяет лесные деревья. Каждое дерево в базе данных Кроутера тесно связано с определенными типами микробов. Например, корни дуба и сосны окружены эктомикоризными (ЭМ) грибами, которые могут строить обширные подземные сети в поисках питательных веществ. Клен и кедр, напротив, предпочитают арбускулярные микоризы (AM), которые зарываются непосредственно в корневые клетки деревьев, но образуют более мелкие почвенные сети. Другие деревья, в основном из семейства бобовых (таким, как соя и арахис), ассоциируются с бактериями, которые превращают азот из атмосферы в полезную растительную пищу, процесс, известный как «азотфиксация».
Исследователи составили компьютерный алгоритм для поиска корреляций между микробами деревьев в базе данных Кроутера и местными факторами окружающей среды, такими как температура, осадки, химический состав почвы и топография. Затем они использовали корреляции, найденные алгоритмом, чтобы заполнить глобальную карту и предсказать, какие виды грибов будут жить в местах, которые включали большую часть Африки и Азии.
В холодных умеренных лесах, где древесина и органическое вещество медленно распадаются, доминируют сетеобразующие ЭM-грибы. Около четырех из пяти деревьев в этих регионах ассоциируются с этими грибами, авторы обнаружили, что сеть микроорганизмов, найденная в местных исследованиях, действительно опутывает почвы Северной Америки, Европы и Азии.
Напротив, в более теплых тропиках, где древесина и органическое вещество быстро распадаются, доминируют грибы AM. Эти грибы образуют меньшие сети и создают меньше межтрубного обмена, что означает, что тропическая древесная сеть, вероятно, более локализована. Около 90 % всех древесных видов ассоциируются с АМ-грибами; подавляющее большинство группируются в тропиках. «Фиксаторы азота» были наиболее распространены в жарких, сухих местах, таких как пустыня юго-запада США.
Результаты могут помочь исследователям построить лучшие компьютерные модели, чтобы предсказать, сколько углеродных лесов будет исчезать, и сколько они будут выделять в атмосферу углерода по мере потепления климата.
Кроутер, однако, готов сделать прогноз уже сейчас. Его результаты предполагают, что по мере нагревания планеты около 10 % деревьев, связанных с ЭМ, могут быть заменены деревьями, связанными с АМ. Микробы в лесах, где доминируют АМ-грибы, быстрее продуцируют углеродсодержащее органическое вещество, поэтому они могут быстро высвободить много углекислого газа, поглощающего тепло, что потенциально ускоряет процесс изменения климата, который уже происходит с пугающей скоростью.
Фото: © ABIR GABRIEL PEAY