Биологи выяснили, как мертвые слоны меняют африканскую саванну
Возле мест гибели слонов меняются химический состав почвы, разнообразие растений и микроорганизмов, а травоядные чаще приходят в эти зоны кормиться — даже спустя семь лет после смерти гигантов. К такому выводу пришла международная команда ученых, работавшая в южноафриканском национальном парке Крюгера. Однако специалисты обнаружили своего рода парадокс: хотя остатки наземных гигантов обогащают почву питательными веществами, разнообразие бактерий, грибов, растений вблизи мест их гибели может сокращаться.
Слоновые (Elephantidae) — семейство крупных наземных млекопитающих. При жизни они заметно меняют ландшафт: поедают большие объемы растительности, обламывают ветви и иногда валят деревья. Так эти животные освобождают отдельные участки от густых зарослей, позволяя травам получать больше света и пространства для роста.
Еще слоны влияют на распределение питательных веществ: поедая растения в одном месте, они переносят содержащиеся в них вещества в другие части саванны, а затем возвращают в почву с пометом и мочой. Но что происходит после смерти гигантов?
В теле взрослого слона содержатся значительные запасы углерода, азота, фосфора и других веществ. По мере разложения туши эти элементы поступают в окружающую среду.
Влияние остатков животных на экосистему изучают давно, однако большинство прежних работ касалось небольших видов. Последствия разложения туш наземных гигантов исследованы гораздо хуже. Между тем пример китов показывает, насколько сильно гибель крупного животного может изменить окружающую среду. Опускаясь на морское дно, их туши создают своеобразные оазисы, которые поддерживают жизнедеятельность многочисленных сообществ организмов в глубоководной среде, бедной питательными веществами.
Международная команда ученых под руководством Дерона Беркепайла (Deron Burkepile) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре в США предположила, что туши слонов тоже должны создавать долгоживущие «очаги» повышенной концентрации питательных веществ и таким образом влиять на саванну. Оставалось недостаточно ясно, сколько конкретно времени эти «очаги» существуют и влияют ли они одновременно на почвенные микроорганизмы, растительность и поведение крупных травоядных.
В качестве испытательного полигона Беркепайл и его коллеги выбрали национальный парк Крюгера в Южно-Африканской Республике. Он представляет собой обширную территорию африканской саванны, где обитают десятки тысяч саванных слонов (Loxodonta africana), а также буйволы, носороги, зебры и другие животные.
Ученые исследовали 40 мест смерти слонов. Их интересовали остатки возрастом от восьми до 2814 дней.
Команда сравнила два типа участков возле каждой туши. Первый тип — непосредственно зона воздействия остатков. Почву и растения исследовали на расстоянии 0,5 и 2,5 метра от туши. Второй тип — контрольный участок в 15 метрах, где, как предполагали биологи, влияние туши должно быть значительно меньшим. Это позволило сопоставить состав почвы, состояние растений и другие экологические показатели рядом с остатками слонов и с аналогичными показателями на соседних участках саванны, не затронутых их разложением.
Биологи использовали разные методы анализа. Например, для оценки состояния почвы измеряли концентрацию аммония, нитратов и фосфора, а также изучали соотношение стабильных изотопов азота. Последний показатель помогал проследить поступление азота из разлагающейся туши в почву и растения.
Для изучения микроорганизмов анализировали ДНК бактерий и грибов. Это помогло оценить разнообразие микробных сообществ вблизи остатков и на контрольном участке. Отдельно измеряли потенциальную интенсивность «почвенного дыхания» — показатель, позволяющий судить об активности микроорганизмов, разлагающих органическое вещество.
Для анализа растений определяли видовой состав, разнообразие и биомассу. Дополнительно измеряли содержание азота в листьях.
Для оценки поведения травоядных животных обследовали следы выпаса на 36 участках и устанавливали фотоловушки — рядом с тушами и на некотором удалении от них. Записи с камер помогли сравнить частоту кормления в двух зонах.
В местах с погибшими слонами авторы исследования зафиксировали сокращение разнообразия почвенных микроорганизмов, но также зарегистрировали усиленное «почвенное дыхание». Речь идет о возросшей активности организмов, которая сохранялась в течение одного-двух лет после смерти животного.
Самым заметным последствием гибели слонов оказалось резкое изменение химического состава почвы. По сравнению с контрольными участками концентрация аммония была в среднем в 31 раз выше. Аммоний — соединения азота, которое активно используют почвенные микроорганизмы для построения собственных белков и клеток, а также растения для роста и развития.
Содержание нитратов, еще одной доступной формы азота, было выше в семь раз, фосфора — в три раза. Азот и фосфор необходимы растениям и микроорганизмам для роста, развития и обмена веществ.
В отдельных случаях изменения оказывались намного сильнее. Возле свежих туш концентрация соединений азота в почве достигала уровня, почти в 3000 раз превышающего фоновый. Максимальные концентрации аммония и нитратов вблизи остатков достигали 640 и 5622 миллиграммов на килограмм почвы соответственно.
В сумме концентрация этих двух форм неорганического азота была примерно в 14 раз больше максимального значения, указанного авторами предыдущих исследований для участков с остатками лосей, и в 20 раз больше показателя для остатков кенгуру.
Причина в огромном количестве органического вещества, которое поступает в почву при разложении многотонного животного. Однако обилие питательных элементов не всегда идет на пользу растительности. В высоких концентрациях аммоний может оказывать токсичное действие на растения. Поэтому вблизи свежих остатков почва оставалась крайне неблагоприятной для растительного покрова, несмотря на избыток веществ, необходимых для роста.
Туша слона не просто обогащает саванну питательными элементами, но и создает зоны с необычными химическими условиями, где рост растений замедляется. Возле остатков разнообразие растений было значительно ниже, чем на контрольных участках. Причем эта разница сохранялась даже у туш возрастом до 7,7 года — то есть на протяжении всего периода, охваченного исследованием.
Интересно, что трава, которой удавалось вырасти вблизи мертвых туш, становилась питательнее. Средняя концентрация азота в ее листьях была примерно в 1,5 раза выше, чем на участках, где слоны не умирали. Этот эффект сохранялся даже рядом со старыми тушами.
Для травоядных животных такие места оказывались привлекательнее, поэтому они чаще приходили туда кормиться. Это подтвердили наблюдения с помощью фотоловушек. Возле остатков слонов импалы и буйволы кормились примерно втрое чаще, чем на контрольных участках. За время исследования камеры зарегистрировали 22 827 импал и 1628 буйволов. Вместе эти два вида составили 91,6 процента всех наблюдений травоядных млекопитающих.
Повышенная интенсивность выпаса сохранялась более семи лет после гибели слона. Получается, участок рядом с остатками наземных гигантов может годами привлекать крупных травоядных, хотя разнообразием растений он не богат.
После смерти слоны не только возвращают питательные вещества в окружающую среду, но и меняют условия жизни на участке саванны. Более питательная трава привлекает травоядных, однако разнообразие растений и почвенных микроорганизмов при этом сокращается. Гибель одного крупного животного запускает цепочку экологических изменений, которые затрагивают разные уровни экосистемы и сохраняются продолжительное время.
Научная работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Telegram 
Дзен 
VK 
