Как потеря видов влияет на экосистемы?

В Бад-Лаухштедте официально запущен iDiv Ecotron — центральная экспериментальная платформа Научного центра iDiv. Исследователи будут использовать этот уникальный объект, чтобы лучше понять последствия потери биоразнообразия. iDiv Ecotron позволит изучать взаимодействия в пищевых сетях между растениями, животными, микроорганизмами и почвой в контролируемых условиях в 24 экспериментальных камерах. В эту современную платформу, которой совместно управляют Немецкий центр интегративных исследований биоразнообразия (iDiv) и Центр исследований окружающей среды имени Гельмгольца (UFZ), инвестировано более 3,7 млн евро. Она призвана заполнить пробел между простыми лабораторными экспериментами и сложными полевыми исследованиями экосистем.

Фундаментальные исследования высокой социальной значимости

Многие виды деятельности человека приводят к потере видов. По ряду оценок, ежедневно вымирают многочисленные виды беспозвоночных. Но что это означает для функционирования экосистем? Известно, что высокое видовое разнообразие положительно влияет на многие функции экосистем. Например, большое количество видов растений увеличивает производство биомассы (сена, древесины) или накопление углерода в почве. Это демонстрируют эксперименты на таких исследовательских платформах, как Jena Experiment или Biodiversity Exploratories.

Однако мало что известно о роли мелких травоядных (улитки, гусеницы), хищников (божьи коровки, пауки), почвенных животных (дождевые черви, нематоды) и микроорганизмов (бактерии, грибы). Эти организмы играют важную роль в пищевой сети и положительно влияют на функции экосистем. Например, опылители (пчелы, шмели) незаменимы для размножения многих растений, а муравьи помогают распространять семена. Редуценты (дождевые черви, почвенные микроорганизмы) перерабатывают питательные вещества для роста растений. Такие взаимосвязи между компонентами пищевой сети до сих пор детально изучались лишь в немногих случаях. Исследователи планируют изменить это с помощью новой платформы. iDiv Ecotron создан, чтобы выяснить, как исчезновение видов на разных уровнях пищевой сети влияет на функционирование экосистем.

Эта фундаментальная биологическая работа имеет далеко идущее экономическое значение: функционирующие экосистемы — основа для так называемых экосистемных услуг, таких как обеспечение чистой питьевой водой, пищей и источниками энергии. Ученые UFZ оценивают, что только опыление насекомыми сельскохозяйственных культур приносит мировой экономике около 150 млрд евро в год. Подобные оценки для других животных или микроорганизмов до сих пор делать было очень сложно.

Сколько потерь могут выдержать экосистемы?

Наличие многих видов положительно влияет на экосистемы. Но что происходит, когда определенные виды исчезают из сложных пищевых сетей? Могут ли их функции взять на себя другие виды? Сколько потерь могут вынести экосистемы? Камеры iDiv Ecotron позволяют детально изучать пищевую сеть во всей ее сложности. Исследователи могут заменять или полностью удалять определенные виды животных и растений в замкнутых системах.

«Мы можем изучать, например, взаимодействие между разными видами над и под землей, — объясняет профессор Нико Айзенхауэр (iDiv и Лейпцигский университет), руководитель объекта. — Подобно климатической камере, моделирующей более теплый климат будущего, iDiv Ecotron позволяет нам заглянуть в будущий мир, содержащий меньше видов».

Ключевые вопросы сосуществования

Айзенхауэр и его коллеги хотят исследовать три ключевых вопроса:

1. Влияет ли сложность взаимодействий между видами на функции экосистемы?
2. Насколько функции экосистем зависят от взаимосвязей между надземными и подземными организмами и процессами?
3. Каково влияние глобальных изменений на биоразнообразие, сети взаимодействий и функции экосистем?

Немецкий исследовательский фонд (DFG) выделил на строительство объекта около трех миллионов евро и финансирует двух сотрудников. UFZ модернизировал зал iDiv Ecotron на три четверти миллиона евро и финансирует одного сотрудника.

Уникальная высокотехнологичная установка

Цель экспериментальных камер — исследовать функции экосистем путем манипулирования сложными сообществами животных и растений. Условия окружающей среды должны быть максимально постоянными, чтобы избежать искажения результатов. Все 24 камеры идентичны по конструкции и оснащены технологией, которая задает и регулирует свет, температуру и осадки. Это впервые позволит манипулировать надземными и подземными сообществами и их взаимодействиями на соответствующих пространственных масштабах.

«EcoUnits» — экспериментальные камеры размером 1,55 x 1,55 метра в ширину и 3,20 метра в высоту, состоящие из нижней секции с почвой, верхней и технической секций. Каждый «EcoUnit» можно разделить на до четырех независимых отсеков с помощью надземных перегородок и подземных стальных цилиндров (лизиметров). Все камеры оснащены обширной технологией, включая камеры для наблюдения за взаимодействиями между животными и растениями.

«Поскольку подобная установка еще не строилась, мы потратили много времени на разработку и оптимизацию технологии вместе с производителями. В некоторых областях нам приходилось идти по неизведанной территории, что часто было непросто. Мы тем более счастливы, что теперь все работает и научные эксперименты наконец могут начаться», — сообщил доктор Манфред Тюрке (iDiv и Лейпцигский университет), координирующий работу на объекте.

После пилотной фазы объект также будет доступен для внешних ученых. Комиссия будет рассматривать заявки и распределять мощности — как это принято для крупномасштабного научного оборудования международного значения.

Бад-Лаухштедт как всемирно известная исследовательская станция

iDiv Ecotron дополняет полевую исследовательскую станцию UFZ в Бад-Лаухштедте, которая благодаря сотрудничеству между UFZ и iDiv приобретает национальный и международный статус. Помимо множества экспериментов в области почвенных и биоразнообразных исследований, с 2013 года UFZ управляет здесь глобально уникальным полевым экспериментом — Global Change Experimental Facility (GCEF), где на семи гектарах изучается влияние изменения климата на различные формы землепользования.

«Исследовательская станция в Бад-Лаухштедте общей площадью около 40 гектаров за последние годы уже зарекомендовала себя среди экологов благодаря широкому спектру экспериментов. Сотрудничество с iDiv дает станции новый импульс. И, по правде говоря, многие эксперименты только начались», — говорит профессор Франсуа Буско, руководитель отдела почвенной экологии UFZ и заместитель директора iDiv.

Среди новых экспериментов — три платформы: эксперимент по разнообразию деревьев MyDiv, глобальная исследовательская инициатива NutNet по изучению изменений в доступности питательных веществ и глобальная сеть Drought-Net для изучения последствий экстремальной засухи. iDiv Ecotron дополнит эти полевые эксперименты в Бад-Лаухштедте и обогатит исследования биоразнообразия в Центральной Германии.