Деревьям обычно отводится роль складов углерода: они поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Однако роль самой поверхности дерева — коры — игнорировалась. Ученые рассматривали стволы лишь как пассивные трубы, через которые почвенные газы (например, метан из болот) поднимаются вверх и выбрасываются в атмосферу.
Общая площадь коры всех деревьев мира составляет примерно 143 миллиона квадратных километров, что сопоставимо с площадью всех континентов. Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, решили выяснить, играет ли эта значительная площадь какую-то роль в обороте парниковых газов планеты.
Ученые отправились в леса Австралии и закрепили на стволах деревьев герметичные камеры, подключенные к газоанализаторам. Они в реальном времени следили за изменением концентрации газов. Помимо этого, в лабораторию взяли образцы коры и поместили их в изолированные банки. Туда подавали метан, водород и угарный газ, наблюдая, как быстро микробы будут их поедать. Параллельно ученые вели генетический анализ, чтобы пересчитать «население» коры и найти у него гены, отвечающие за переработку этих веществ.
Анализ показал, что кора кишит жизнью: на одном квадратном метре обитает до шести триллионов бактерий. Это всего в четыре раза меньше, чем на таком же участке почвы, но в 200 раз больше, чем в воде в тех же лесах. Генетический анализ показал, что микробы на коре — не просто случайные подселенцы из почвы. Это специфическое, специализированное сообщество, отличное от того, что живет в земле или в воде рядом.
Микробное сообщество (на примере чайного дерева Melaleuca) состоит из представителей 10 бактериальных типов, но львиную долю занимают три семейства: Acidobacteriaceae (31,6% от общего населения микробиоты), любящие кислую среду, Mycobacteriaceae (17,4%), известные выносливостью и способностью разлагать сложные органические соединения, и Acetobacteraceae (5,9%) — уксуснокислые бактерии, часто участвующие в брожении. Самый массовый род, составляющий 23,2% сообщества, Terracidiphilus, обладает набором ферментов для питания водородом, угарным газом и метанолом.
Эксперименты показали, что микробы из коры активно поглощают метан. В заболоченных лесах, где деревья выкачивают метан из почвы, бактерии на коре успевают перехватить и окислить около трети объема этого парникового газа до того, как он попадет в воздух.
Но кора оказалась еще и потребителем водорода. Бактерии используют его как топливо. Сам по себе водород не парниковый газ, но он косвенно усиливает глобальное потепление. В атмосфере водород реагирует с гидроксильными радикалами (—OH), которые разрушают метан.
Если водорода в воздухе много, то с радикалами реагирует он, а не метан. В результате метан живет дольше, сильнее разогревая планету. Поедая водород, бактерии коры увеличивают количество радикалов и сокращают жизнь метана в атмосфере. По оценкам авторов научной работы, деревья удаляют до 1,6 миллиона тонн водорода в год.
Впрочем, у этого фильтра есть и обратная сторона. Как показали эксперименты, система работает только при наличии кислорода. Если кора намокает (например, в сезон дождей), микробы переключаются на анаэробный режим и сами начинают выделять метан и водород.
Деревья влияют на климат гораздо сложнее, чем просто «хранилища древесины». Их кора представляет собой гигантский биореактор, который модулирует состав атмосферы, и эффективность этого реактора напрямую зависит от микробных сообществ, живущих на поверхности стволов.