7 Minutės
Pasilenkite virš arbatinio šaukštelio sveiko dirvožemio ir rasite daugiau nei purvo. Rasite siūlų miestą: gyvą, kintantį tinklą, nuo kurio priklauso augalai, kuris kaupia anglies junginius ir tyliai sieja ekosistemas per žemynus. Mokslininkai dabar sužymėjo tą tinklą planetiniu mastu, atskleisdami požeminę infrastruktūrą, kuri tokia apimti, jog keičia mūsų supratimą apie dirvą, augmeniją ir klimatą.
Nematomos ir milžiniškos struktūros žemėlapis
Naujasis pasaulinis žemėlapis orientuotas į arbuskulinio tipo micorizes grybus (AM grybai), grupę, kuri sudaro partnerystes maždaug su 70 procentų pasaulio augalų rūšių. Šie grybai siūlais vadinamomis mikroskopinėmis hifomis persmeigia dirvą, kurdami tinklus, kurie išplečia šaknų pasiekiamumą ir perneša vandenį, maistines medžiagas bei anglį ten, kur jų reikia. Norėdami įvertinti, kiek hifinių „kelių" egzistuoja po mūsų kojomis, tyrėjai derino daugiau nei 16 000 dirvožemio mėginių iš viso pasaulio su mašininio mokymosi modeliais ir robotizuota vaizdų analize.
Tokia sintezė atskleidė stulbinančią skaičių reikšmę: apskaičiuota, kad viršutinėse pasaulio dirvose sėdi maždaug 110 kvadrilijonų kilometrų AM grybų hifų. Įprastesniais dydžiais tai yra apie 68 kvadrilijonų mylių, tinklas, kuris yra beveik milijardą kartų ilgesnis nei atstumas nuo Žemės iki Saulės. Autoriai taip pat apskaičiavo, kad šie tinklai kaupia maždaug 300 megatonų anglies, masę, kelis kartus didesnę už visų gyvų žmonių svorį.
Grybienos tinklo architektūra. Micelijų struktūra skiriasi tarp štamų ir rūšių. Tinklai užfiksuoti AMOLF biofizikos institute Amsterdame.
Šio pasaulinio vaizdo sudarymui prireikė kelių duomenų šaltinių ir metodų. Lauko mėginiai suteikė vietos patvirtinimą. Aplinkos sluoksniai – klimatas, dirvožemio tipas, augmenija – padėjo modeliams projektuoti tankį į neimtas teritorijas. AMOLF institute tyrėjai užaugo šimtus tūkstančių gyvų hifų kontroliuojamomis sąlygomis ir panaudojo robotizuotą fotografavimą, kad pamatuotų formą ir augimo modelius, kurie maitina prognozinius modelius. Rezultatas yra maždaug 1 km raiškos įvertis daugumai sausumos teritorijų, kur yra pakankamai duomenų, kartu su interaktyvia vizualizacija, išleista kartu su straipsniu.
Kodėl šie grybiniai tinklai svarbūs anglies ciklui ir ekosistemoms
Įsivaizduokite AM grybinius tinklus kaip kraujotakos sistemą kraštovaizdžiui. Augalai fotosintezuoja ir perduoda dalį savo anglies grybinėms partnerėms. Hifai tada perneša tą anglį į mineralinį dirvą, kur ji gali išsilaikyti, maitinti mikrobus arba sugrįžti į augalus. Sveikose dirvose šie tinklai išplečia šaknų veiksmingą paviršių keliais dydžiais ir gali aprūpinti didžiąją dalį augalo fosforo poreikio.
Naujasis tyrimas kiekybiškai įvertina šio judėjimo mastą. Tyrėjai apskaičiavo, kad AM tinklai perneša apie 4 milijardus tonų CO2 atitikmens į dirvas kasmet, tai sudaro maždaug 11 procentų antropogeninių anglies dioksido išmetimų. Tai apytikslis, sistemos lygmens įvertis, bet jis pabrėžia, kaip mikorizės dinamika įtakoja Žemės anglies biudžetą ir kodėl dirvožemio biologija svarbi klimato mažinimui.
Mikoriziniai grybai po mikroskopu AMOLF biofizikos institute Amsterdame. Apvalios struktūros yra sporos. Spalva pakoreguota dėl geresnio matomumo.
Ne visi kraštovaizdžiai yra vienodi. Modeliai rodo, kad pievos talpina apie 40 procentų pasaulio AM grybienos infrastruktūros, o didelis hifų tankis pastebimas vietose, tokiose kaip potvyniu apsemtos Pietų Sudano pievos, Floridos Everglades pelkės ir Tibeto plokščiakalnis. Priešingai, didelio masto dirbamos žemės prognozuojamos turėti maždaug perpus mažesnį tinklo tankį nei laukinės ekosistemos, o tai gali susilpninti dirvų gebėjimą kaupti anglies junginius, perdirbti maistines medžiagas ir apsaugoti augalus nuo sausros ar ligų.
Grėsmės, politikos pasekmės ir praktiniai klausimai
Šie žemėlapiai daro daugiau nei matuoja – jie nurodo pažeidžiamumą. Pievos, kurios talpina neproporcingą AM biomasės dalį, pasauliniu mastu yra prastai saugomos ir verčiamos į žemės ūkį greičiau nei miškai. Tyrimo erdvinės detalės rodo, kad dauguma mikorizės biologinės įvairovės karštųjų taškų yra už oficialiai saugomų teritorijų ribų, išvada, kuri turėtų sudominti tiek apsaugos planuotojus, tiek klimato politikos formuotojus.
Tačiau darbas taip pat kelia praktinius klausimus: kurios žemės ūkio praktikos išsaugo arba atkuria tinklo tankį? Ar bearimo metodai, pasėlių rotacijos, mažesnis trąšų naudojimas arba žieminiai/apsauginiai pasėliai gali padėti atkurti hifų tęstinumą? Modeliai kol kas neatsako į šiuos mechanistinius klausimus, todėl autoriai pabrėžia reikalingumą tikslingiems lauko eksperimentams, siekiant susieti praktikas su grybiniais rezultatais. Vis dėlto implikacija aiški: dirvožemio tvarkymas yra svarbus tiek maisto saugumui, tiek anglies sekvestracijai.
Dirvožemio gręžinio ėmimo artimas vaizdas.
Taip pat egzistuoja platesni politikos instrumentai. Jei grybiniai tinklai iš esmės veikia tai, kiek anglies dirvos gali sulaikyti, nacionalinės atsargos ir klimato modeliai turėtų aiškiau integruoti mikorizės procesus. Tyrėjai paskelbė pagrindinius duomenis viešai, kad padėtų vyriausybėms ir žemės valdytojams pradėti stebėti šiuos nematomus išteklius.
Metodai ir patikra: modeliai, robotika ir mikroskopai
Vienas ryškus šio projekto stiprumų yra priemonių mišinys. Pasaulinis žemėlapis remiasi trimis pagrindiniais stulpais. Pirma, vietoje paimti dirvožemio mėginiai suteikia taškinius hifų tankio matavimus įvairiuose biomuose. Antra, aplinkos kintamieji maitina mašininio mokymosi algoritmus, kurie interpoliuoja tankį neimtuose sluoksniuose. Trečia, laboratorijoje užauginta medžiaga ir robotizuota vaizdų analizė kalibruoja, kaip stebimos struktūros atitinka modelių įvestis.
Ši kalibracija yra svarbi. Hifai skiriasi pagal rūšis ir štamus pagal diametrą, šakotumą ir augimo ypatybes. Fotografavus daugiau nei 300 000 gyvų hifų laboratorijoje, komanda sumažino svarbų neapibrėžtumą: kaip tam tikra hifinė masė iš tikrųjų atrodo įvairiomis sąlygomis. Tokio tarp-mastelio darbo – susiejant mikrometrus mikroskope su kilometrais žemėlapyje – reikia, kai judama nuo gamtos istorijos link politikos aspektų metrų.
Grybiniai tinklai, užfiksuoti mikroskopu AMOLF biofizikos institute Amsterdame. Siūlai yra arbuskulinio tipo hifai.
Ekspertų įžvalga
„Per ilgai traktavome dirvas kaip statinius dėžes“, sako dr. Elena Vargas, dirvožemio ekologė Edinburgo universitete, kuri nedalyvavo šiame tyrime. „Šis žemėlapis perorientuoja mus mąstyti apie dirvą kaip aktyvų, raštuotą tinklą. Jis verčia užduoti kitokius klausimus – apie jungtumą, atsparumą ir kaip žmogaus žemės naudojimas nutraukia arba atkartoja požeminius ryšius. Iš valdymo perspektyvos tai yra veiksmai, kuriuos galima įgyvendinti.“
Dr. Vargas pabrėžia praktinį aspektą: tinklo tankio stebėjimas laikui bėgant bus labai svarbus. „Viena akimirka yra vertinga, bet kitas žingsnis – sekti tendencijas, kai keičiasi žemės naudojimas ar klimatas. Ankstyvas nuosmukio nustatymas gali leisti valdytojams įsikišti prieš ekosistemų paslaugų žlugimą.“
Atviri klausimai ir ateities perspektyvos
Nepaisant plataus pasiekiamumo, žemėlapis pripažįsta neapibrėžtumus. Didelės planetos dalys lieka nepakankamai mėginiuotos. Modeliai daro prielaidą, kad aplinkos kintamieji patikimai prognozuoja hifų tankį visur, tačiau vietinės dirvos istorijos, mikrobinės bendrijos ir augalų rinkiniai gali pakeisti rezultatus taip, kaip modeliai dar negali suktis. Tyrimo komanda atvira dėl šių apribojimų ir traktuoja darbą kaip kvietimą plėsti lauko mėginių ėmimą bei eksperimentinį darbą.
Moksliniu požiūriu kiti frontai apima rūšių lygiu vaidmenų išaiškinimą AM grupėje, grybinės architektūros susiejimą su funkcija streso sąlygomis (pvz., sausra) ir kiekybinį įvertinimą, kaip konkrečios žemės ūkio praktikos keičia tinklo jungtumą. Technologiškai pažanga vietinėje vaizdų analizėje, aplinkos DNR ir nuotolinio stebėjimo pakaitalai požeminiam sveikingumui galėtų pagreitinti pažangą.
Išvados
Ši pasaulinė grybinių hifų kartografija perorientuoja dirvą kaip dinamišką, matomą Žemės gyvybės palaikymo sistemos komponentą. Žemėlapis ne tik atskleidžia mastą; jis parodo rizikos ir galimybių raštus. Požeminio tinklo apsauga ir atkūrimas žada naudą biologinei įvairovei, maisto gamybai ir klimatui. Jei politikos formuotojai, ūkininkai ir gamtosaugininkai remsis šiomis įžvalgomis, kitas žemės ūkio valdymo perversmas gali ateiti ne tiek iš paviršiaus sutartų priemonių, kiek dėmesingumo siūlams po mūsų kojomis.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą