Защитные реакции растений влияют на соседние экосистемы

Химические изменения в листьях деревьев после атаки насекомых и млекопитающих могут влиять на близлежащие ручьи, которые зависят от опавшей листвы как источника пищи. К такому выводу пришли учёные из Департамента экологии и эволюции Чикагского университета. Исследование, опубликованное 17 марта в журнале Proceedings of the Royal Society B, показывает, как взаимодействие между наземными и водными экосистемами важно для понимания экологических реакций на изменение климата.

Аспирантка Сара Джекрел и профессор Тимоти Вуттон смоделировали гербиворию (поедание листьев насекомыми) на ольхе красной в лесу на полуострове Олимпик в штате Вашингтон. Их исследование показало, что гусеницы ели меньше листьев с "стрессированных" деревьев по сравнению с нетронутыми. Листья с этих деревьев также разлагались гораздо медленнее при погружении в близлежащие ручьи. Дальнейшие результаты позволяют предположить, что деревья отводили ценный питательный ресурс от листьев в качестве защитной реакции на атаки животных.

"Наземный гербиворизм может иметь бесчисленные эффекты на химию листьев, и наша симуляция оказала очень сильное влияние в ручьях, — сказала Джекрел, ведущий автор исследования. — Реакция дерева на гербиворию оказала каскадный эффект через границу экосистемы, на совершенно другой трофический уровень. Важным открытием стало установление этой косвенной связи от наземной системы к водной".

Растения генерируют множество защитных реакций на атаки насекомых и других животных. Некоторые производят танины и соединения, которые токсичны или неприятны на вкус, чтобы отпугнуть травоядных. Другие могут выделять химические вещества, привлекающие хищников для конкретного насекомого, атакующего растение.

Насекомые и микробные деструкторы, живущие в ручьях, зависят от разнообразного по питательности опада как источника пищи. Они не играют прямой роли во взаимодействиях между деревьями и их травоядными, но новое исследование показывает, как состав этих листьев формируется их активностью.

В ходе полевых работ Джекрел имитировала активность гусениц, систематически пробивая дырочки в листьях ольхи с помощью дырокола. Она также наносила на листья метилжасмонат — химическое вещество, которое деревья выделяют при стрессе, чтобы усилить защитную реакцию на повреждения. Некоторые деревья удобряли фосфором, другие — нет.

Затем Джекрел закапывала пакеты с листьями в почву и помещала другие под воду в ручье, чтобы проверить скорость их разложения. Гусеницам также позволяли питаться обработанными и необработанными листьями, чтобы проверить их предпочтения.

Листья с деревьев, получивших и удобрение, и обработку от гербивории, разлагались медленнее всего. Гусеницы и водные насекомые также ели меньше этих листьев по сравнению с листьями необработанных деревьев.

Уровень азота в обработанных листьях также был значительно ниже. Насекомые ценят азот как питательное вещество, и результаты исследования позволяют предположить, что деревья изменяют уровень азота, чтобы удержать их от поедания листьев, возможно, запасая его в стволе или корнях.

Понимание того, как защитные реакции деревьев на естественных травоядных влияют на близлежащие ручьи, поможет учёным лучше прогнозировать последствия изменения климата и другой деятельности человека, такой как вырубка лесов и сельское хозяйство.

"С изменением климата сообщества насекомых будут меняться, — сказала Джекрел. — Поэтому фундаментальное понимание того, как эти сообщества естественным образом влияют на химию листьев и как это может повлиять на речные системы, является критически важным ориентиром. Затем мы сможем работать над прогнозированием того, как изменение климата наряду с другими антропогенными изменениями может влиять на водные системы".