17 мая 2019
Она поможет лучше понять глобальные биохимические процессы на Земле
Международная команда экологов и биологов составила карту, на которой отмечены симбиотические отношения деревьев с почвенными микробами и грибами, обитающими в 70 странах мира. Всего на карту попала информация о более чем миллионе деревьев из 70 стран мира. В ходе работы ученые выяснили, что распространение симбиозов разного типа зависит главным образом от климата.
Под каждым лесом есть своеобразный интернет — сложная подземная сеть из связанных друг с другом корней, грибков и бактерий. Эти организмы часто связаны друг с другом посредством симбиоза — например, грибы и бактерии помогают растениям усваивать полезные органические и неорганические вещества из почвы, а также связывают углекислый газ и азот из атмосферы.
Симбионты бывают нескольких разных типов. Одни, арбускулярные микоризные грибы, могут проникать нитями грибницы между клеток растения или даже в сами клетки. Корни растения при этом практически не меняются, и обнаружить таких симбионтов можно только в микроскоп. Другие, эктомикоризные, оплетают корень плотной сетью своих нитей и могут проникать в межлекточное пространство, но не в клетки. Третьи вступают в симбиоз с растениями только одного семейства.
Наконец, еще один вид симбионтов, азотфиксирующие бактерии, умеют захватывать азот из атмосферы и обогащать им почву. Ранее ученые уже пытались предположить, из-за чего в конкретной местности преобладает тот или иной тип симбиоза. Однако из-за отсутствия географических данных и без учета климатических факторов их результаты были неполными. Авторы нового исследования все это учли.
Для этого коллектив ученых использовал базу данных проекта Global Forest Observations, который занимается мониторингом лесов. В ней содержится информация о более чем миллионе сообществ деревьев (более 1,1 экземпляров, 28 000 видов) из более чем из 70 стран мира.
С помощью алгоритма машинного обучения ученые определили, как различные факторы, связанные с климатом, химическим составом почвы, растительностью и топографией, влияют на численность каждого типа симбионтов каждого дерева. Кроме этого, исследователи также учли и скорость разложения органических остатков в зависимости от температуры и осадков.
Все эти расчеты ученые нанесли на карту, получив картину глобального распределения разных типов симбиозов. Таким образом ученые визуализировали глобальную древесно-микробно-грибную сеть. Выяснилось, что деревья, вступающие в симбиоз с эктомикоризой, составляют всего 2% видов растений, но зато по численности это 60% всех деревьев на Земле.
Эктомикоризный симбиоз чаще всего встречается в лесах, где сезонно холодный и сухой климат мешает разложению. Кроме того, это преобладающая форма симбиоза в высоких широтах и в районах, расположенных высоко над уровнем моря. Арбускулярно-микоризный симбиоз, напротив, шире распространен в теплых сезонных тропических лесах.
Граница между ним и эктомикоризным типом достаточном резкая и зависит от климатических зон, а от них, в свою очередь, зависят типы разложения. Третий вид симбионтов, распространение которых исследовали ученые, — азотфиксирующие бактерии. В отличие от микоризных грибов, они не очень чувствительны к климату. Эти бактерии чаще всего встречаются в засушливых регионах с щелочными почвами и высокими максимальными годовыми температурами.
Полученную учеными модель теперь можно использовать для анализа изменений в глобальных экосистемах. С ее помощью ученые получат возможность понять то, как взаимодействуют биогеохимические процессы и климат.
Евгения Щербина
