От пчел до коралловых рифов: мутуализм может оказаться важнее для мировой экосистемы, чем предполагалось ранее

От пчел до коралловых рифов: мутуализм может оказаться важнее для мировой экосистемы, чем предполагалось ранееВзаимовыгодный симбиоз между биологическими видами может играть необычайно важную, но крайне мало изученную роль для поддержания жизнедеятельности земных экосистем, — такое предположение высказывает в своем исследовании группа биологов-дарвинистов.

Авторы представляют доказательства того, что воздействие человека на мутуалистические системы может направить их на беспрецедентные пути эволюции.

«В условиях всемирного изменения климата эволюционные изменения могут произойти очень быстро, в течение нескольких лет», — утверждает Джудит Бронштейн, профессор экологии и эволюционной биологии Колледжа наук Аризоны и ведущий автор исследования.

С целью выделения общих черт, лежащих в основе биологического симбиоза, а также получения ряда разработок для будущих исследований и почвоохранных мероприятий исследователи обработали почти 200 научных изысканий на тему воздействия всемирных изменений на мутуализм и выгодного для обеих сторон взаимодействия между организмами.

В этом исследовании объединили усилия эксперты в разных областях науки. Их выводы опубликованы в Ecology Letters, одном из наиболее влиятельных журналов в сфере экологии.

«Есть распространенное мнение, что если взаимодействие прервано, то утерян симбиоз, сообщество и, в конечном счете, экосистема, — говорит Бронштейн. – Мы пытаемся обратить внимание на то, что это мнение следует подкрепить фактами, а также разобраться, закономерно ли оно. Возникает вопрос: что в действительности может случиться?»

«Ситуация не безнадежна, — добавляет ведущий соавтор Е. Тоби Кирс. – Точно известны случаи, когда мутуализм демонстрировал удивительную способность адаптации к всемирным изменениям».

Изучение мутуалистических отношений в природе – еще молодая наука, но биологи уже выяснили, что каждый биологический вид тем или иным способом вовлечен в одно или более симбиозное взаимодействие, а иногда их насчитываются сотни.

Некоторые примеры мутуализма хорошо известны из учебников по биологии для средней школы. Так, наездник инжирный плодовый опыляет цветы фиговых деревьев, обеспечивая тем самым их размножение.

Взамен его личинки используют инжир в качестве надежного — и вкусного – инкубатора.

Другие примеры менее очевидны, но гораздо важнее для целостности и функционирования всей экосистемы. Кораллы, например, будучи крошечными полипами, никогда не смогли бы построить свои рифовые конструкции – массивные скопления представителей морской экосистемы – без помощи микроскопических водорослей, живущих в их тканях.

Эти водоросли, называемые зооксантелла, используют солнечную энергию для производства питательных веществ и помогают полипам формировать известковый скелет.

Мутуализм играет важнейшую роль во всемирной экосистеме, однако, как отмечает Кирс, биолог-дарвинист Свободного университета Амстердама, изучение разрушающего воздействия человека на мутуализм является громадным пробелом в современной науке.

Бронштейн заявляет о тенденции слишком упрощенно рассматривать взаимодействие биологических видов в контексте изменений, вызванных жизнедеятельностью человека.

«Идея взаимного исчезновения получила большую огласку в прессе. Считается, что в случае исчезновения одного вида, другой тоже непременно исчезнет.

Конечно, есть определенный риск, особенно если мутуализм крайне специфичен в том смысле, что один не может существовать без другого. Но существует мало, очень мало таких взаимоотношений, которые настолько специфичны и уязвимы».

По мнению Кирс, небольшие изменения в мутуалистических отношениях более распространены по сравнению с взаимным исчезновением.

«К сожалению, из-за малозаметности эти процессы сложнее наблюдать и реже обсуждаются», — отмечает она.

Как считают авторы, из-за того, что каждый биологический вид вовлечен прямо или опосредованно в мутуалистические отношения и действия, являющиеся ключевыми во всемирном круговороте углерода и питательных веществ, а также для опыления и распространения семян, нарушение этих отношений могло бы ускорить и усугубить воздействие всемирных изменений на биологическое разнообразие и экосистему.

Бронштейн особенно подчеркивает опыление как тип мутуализма, которому, по ее словам, было уделено 90 процентов внимания, так как совершенно ясно, что растения начали цвести раньше из-за глобального изменения климата.

По ее словам, это является причиной для беспокойства, потому что в то время, пока цветки раскрыты, опылителей может не оказаться рядом. Это означает, что опыление этих растений не произойдет.

Такое действительно возможно, и существуют хорошие доказательства. Но это не единственный вариант развития событий в случае нарушения опыления.

К примеру, известны случаи, когда опылители пропадали с острова в результате чрезмерного промысла, и растения развивали особенности, позволявшие им опыляться другими животными.

Еще одним примером является распространение семян. Многие растения полагаются на млекопитающих, переносящих их плоды в другую среду обитания на своем мехе.

В местах, где крупные млекопитающие пропадали из экосистемы в результате разрушения среды обитания или охоты, растения видоизменяли свои плоды. Они становились все меньше и меньше, чтоб их могли переносить мелкие млекопитающие или птицы.

Уж насколько разным кажется симбиоз цветов с пчелами и коралловых полипов с растущими в их тканях микроскопическими водорослями, Бронштейн и ее коллеги нашли нечто схожее между ними.

К примеру, то, как разворачиваются мутуалистические отношения, во многом зависит от экологической обстановки, поясняет Бронштейн.

 «Многие виды муравьев эксплуатируют афид для получения высокопитательного нектара, который они производят. Взамен муравьи защищают их от хищников и паразитов. Однако если муравьям срочно необходим белок, они с большой готовностью поедают афид.

Таким образом, воздействие муравьев на афид варьируется от взаимовыгодного до разрушительного. Чтобы оценить какие-либо мутуалистические отношения, нужно знать их контекст».

Авторы определяют три варианта эволюционного развития после того, как мутуалистические отношения вне зависимости от их специфичной природы нарушаются человеком: переход к другому партнеру, изменение от взаимной выгоды к антагонизму или полный отказ от взаимодействия.

«Если одна или обе взаимодействовавшие группы начинают контактировать с другими партнерами и адаптируются к ним, как в случае с цветами, привыкшими к новым опылителям, мутуалистическое взаимодействие сохраняется», — объясняет Бронштейн.

Способ формирования человеком своей окружающей среды может радикально изменить взаимовыгодные отношения. Самый распространенный и важный мутуализм – между корнями дерева и определенным грибком в почве.

Грибок помогает дереву расти, снабжая его питательными веществами, такими как азот и фосфор, в то время как растение возвращает долг в виде углеводов.

«Что случается, когда мы вносим в почву много азотных удобрений? – приводит пример Бронштейн. – Растениям больше не нужны грибки, и их взаимосвязь разрывается. У грибков фактически нет выхода, и они могут умереть или приспособиться к более паразитическому образу жизни.

Но что случится, если в какой-то момент в будущем мы перестанем использовать удобрения? В свете причиненного человеком изменения есть основания для волнений, особенно с учетом важности этих грибков для всемирных процессов секвестрации углерода».

Основываясь на лабораторных экспериментах, Кирс предположила, что эволюционные изменения могут происходит в очень короткие временные промежутки.

По ее словам, с помощью экспериментов, воспроизводящих процессы эволюции в лабораторных условиях, ученые накопили обширный запас знаний. Удалось продемонстрировать, что организмы могут изменяться в лаборатории.

И предстоит еще многое узнать из этих эволюционных исследований, а полученные знания пора начать использовать в реальном мире.

«В этом есть кое-что важное, — добавляет Бронштейн. – На протяжении истории эволюции среды обитания менялись радикально. Биологические виды изменялись в соответствующих временных рамках, но взаимодействия не терялись, и мы ожидаем, что так оно и будет впредь.

Наши изыскания указывают, что возможно недостаточно защищать биологические виды на индивидуальном уровне. Мы должны расширить нашу сферу деятельности и начать сохранять мутуализм в контексте его экосистемы».

Соавторы исследования: Тодд Палмер (Университет Флориды, Гейнсвиль), Энтони Ивз (Университет Висконсина, Мэдисон) и Джон Бруно (Университет Северной Каролины, Чапел-Хилл).

Царство кораллов / Coral Kingdoms


Вы прочитали статью, но не прочитали журнал…

Читайте также: