В тропиках деревья-азотфиксаторы страдают от травоядных животных

Способность тропических лесов расти и накапливать углерод ограничена, в том числе, из-за травоядных животных. Насекомые и другие животные предпочитают питаться деревьями-азотфиксаторами, снижая их успешность и количество азота, которое они поставляют. Об этом сообщает новая статья, опубликованная на этой неделе в журнале Nature. Авторы рекомендуют учитывать ограничивающее влияние травоядных на азотфиксирующие деревья в климатических моделях и прогнозах поглощения углерода тропическими лесами.

Вступая в симбиоз с почвенными микробами, деревья-азотфиксаторы превращают атмосферный газообразный азот в форму, доступную для растений. Когда фиксаторы сбрасывают листву, они обогащают почву азотом, принося пользу соседним растениям. В бедных азотом тропических лесах именно эти деревья являются основным источником нового азота для почвы. Однако они также редки.

Сара Баттерман, эколог тропических лесов из Института экосистемных исследований Кэри и соавтор статьи, поясняет: «Рост деревьев во многих тропических лесах ограничен нехваткой азота. Учитывая существенную пользу азота для этих лесов, долгое время оставалось загадкой, почему деревья-азотфиксаторы составляют всего 5–15% деревьев. Мы предположили, что травоядные могут целенаправленно атаковать фиксаторов из-за их питательных, богатых азотом листьев».

Вместе с коллегами Баттерман решила выяснить, является ли рацион насекомых и других травоядных ограничивающим фактором. Их трёхчастное исследование было направлено на то, чтобы выяснить: (1) испытывают ли азотфиксирующие деревья большее давление травоядных, чем нефиксаторы; (2) углеродную стоимость этого воздействия; и (3) связано ли это с предпочтением травоядными богатых азотом листьев.

Полевые работы проводились на острове Барро-Колорадо в Панаме на 50-гектарном участке зрелого тропического низинного леса. Оценивались молодые деревья-саженцы — стадия жизни, наиболее уязвимая для травоядных. Были проанализированы листья 23 видов фиксаторов и 20 видов нефиксаторов, всего 350 саженцев и 1626 листьев. Ущерб от травоядных на зрелых листьях оценивался путём сканирования и определения площади повреждённой поверхности. Для части деревьев активное воздействие травоядных отслеживалось в течение трёх месяцев.

Углеродная стоимость ущерба определялась по затратам на восстановление утраченной листовой ткани и тому, как повреждение листьев снижает усвоение углерода в процессе фотосинтеза. Также для всех видов были собраны данные о характеристиках листьев: концентрации питательных веществ, физической защите, прочности листа и химическом сходстве.

В целом фиксаторы подвергались на 26% большему воздействию травоядных, чем нефиксаторы. Их листья атаковались на 21% чаще, что согласуется с гипотезой о целенаправленном выборе их насекомыми и другими животными. У саженцев фиксаторов была более высокая доля потерянной площади листа, но эта цифра оказалась меньше ожидаемой, что указывает на эволюцию у фиксаторов защитных стратегий, препятствующих поеданию больших участков листьев.

Фиксаторы также несут на 34% большие углеродные потери из-за травоядных, чем нефиксаторы, и эти потери превышают метаболическую стоимость фиксации азота. Неожиданно выяснилось, что высокий уровень травоядности для фиксаторов не объясняется высоким содержанием азота в листьях. Авторы отмечают, что единственной характеристикой, последовательно объясняющей все показатели травоядности, был сам признак фиксации азота — он объяснял до 24% вариаций. Это говорит о прямой эволюционной связи между высоким уровнем травоядности и способностью к фиксации.

Ведущий автор Уилл Баркер из Университета Лидса объясняет: «Наши результаты показывают, что азотфиксаторы несут более высокие издержки от травоядных, чем нефиксаторы, и что воздействие травоядных может быть достаточно существенным, чтобы ограничивать успех азотфиксирующих деревьев и их способность восполнять дефицит азота в тропических почвах. Это имеет значение для управления видовым составом, используемым в усилиях по лесовосстановлению».

Баттерман заключает: «Зрелые и восстанавливающиеся тропические леса представляют собой крупный и важный поглотитель углерода, но этот сток ослабевает из-за изменения климата и потенциального ограничения по азоту. Повсеместные издержки от травоядных для азотфиксаторов должны быть включены в модели изменения климата как ограничивающий фактор для симбиотической фиксации азота и будущего роста тропических лесов».