Установлена связь между глобальным потеплением, микробами почвы и листопадом

Биосфера, то есть глобальная экосистема Земли, состоит из множества различных компонентов, тесно связанных общими потоками вещества и энергии. Особое значение для всего живого имеют круговороты биогенных элементов — перемещение атомов определенного сорта «‎по замкнутой траектории», которое сопровождается их химическими и физическими превращениями.

Особого внимания заслуживает круговорот углерода, ведь это элемент лежит в основе всего живого, а заодно — важных парниковых газов: углекислоты и метана.

Говоря об углероде, важно не забывать об огромной роли почвы в его цикле. Почвенный покров — один из ключевых резервуаров углерода, который постоянно обменивается этим элементом с другими его «‎хранилищами» — живыми организмами, атмосферой и так далее.

Динамика углерода в почве определяется живущими в ней микроорганизмами, играющими роль «катализаторов‎» геохимических циклов. Эти крошечные клетки неустанно проделывают огромную работу, чтобы превратить огромные количества одних соединений в другие.

Естественно ожидать, что в условиях глобального потепления, с одной стороны, должны активироваться микроскопические обитатели почвы, а с другой — перераспределяться потоки углерода между его ключевыми «‎хранилищами». То же можно сказать о других так называемых биогенных элементах — например, азоте. Однако детального понимания подобных связей до сих пор не было.

Новая статья в журнале Global Change Biology обстоятельно разбирается с этим вопросом.

Чтобы распутать сложные взаимосвязи почвенных микробов, окружающей их среды и глобальных изменений климата, ученые в условиях лаборатории отслеживали изменения в физиологии микробов, полученных из ряда почв на двух опытных площадках Гарвардского университета. Ранее за ними долго наблюдали в процессе исследований, посвященных изменению температуры почвенного покрова и длившихся 13 и 28 лет.

Микробы для анализа отбирали в разное время года. Далее их культивировали в условиях различных температур (от четырех до 30 градусов), чтобы проследить связь этого фактора с метаболизмом микроорганизмов. Оценивали скорость их роста, дыхание, эффективность использования углерода и активность внеклеточных ферментов. Также анализировали изменения химического состава органических компонентов окружающей почвы.

Авторам исследования удалось выяснить, что растущая температура подавляет выделение почвенными микробами углекислоты, но исключительно летом. Это связано с их голоданием в теплое время года. В другие сезоны активность микрофлоры почв остается в целом неизменной.

Из статьи также следует, что активность почвенной микрофлоры зависит от температурного режима — вот только не напрямую, а косвенно. Точнее, за счет изменения доступности необходимых субстратов — веществ, которыми питаются микробы.

В этой связи на первый план выходит такой сезонный фактор, как листопад — массовое опадение листьев с деревьев осенью. Листва как бы компенсирует температурную акклимацию, то есть постепенные изменения в метаболизме микробного сообщества в ответ на рост температуры, и это изменяет скорость химических процессов с участием углерода в почве.

Именно с этим связан риск для стабильности экосистем. Сведение лесов и потеря биоразнообразия означают, что станет меньше деревьев и меньше опадающей листвы. Для жизни почвенных микробов это, по-видимому, гораздо важнее, чем окружающая их температура — таков главный вывод новой статьи.