Арктические пищевые сети превращаются из зеленых в коричневые
Новое исследование, проведенное под руководством Лесной службы Министерства сельского хозяйства США, выявило значительные изменения в арктических и бореальных экосистемах. По мере оттаивания вечной мерзлоты в таких высокоширотных регионах, как Аляска, пробуждение микроорганизмов приводит к реструктуризации пищевых цепей, выдвигая грибы на первый план в качестве основного источника энергии для местной фауны. Этот сдвиг подчеркивает глубокое воздействие потепления климата на наземные экосистемы.
Горячая точка изменения климата
На Аляске, известной своими обширными внутренними районами площадью 113 миллионов акров, наблюдается самое быстрое в мире потепление. Таяние вечной мерзлоты в этом регионе не только выбрасывает в атмосферу огромное количество углерода, усугубляя глобальное потепление, но и запускает значительный процесс распада.
Этот распад насыщает углеродом как наземные, так и подземные пищевые сети, резко изменяя поток энергии и влияя на виды, зависящие от этих систем.
Филипп Манлик, биолог-исследователь дикой природы из Тихоокеанской северо-западной исследовательской станции Лесной службы Министерства сельского хозяйства США, вместе со своей командой из Университета Нью-Мексико и Техасского университета в Остине изучил это явление. В центре внимания были четыре животных арктических и бореальных лесов, включая тундровую полевку.
В основе исследования лежала новая методика: анализ "отпечатков" изотопов углерода в незаменимых аминокислотах, производимых только растениями, бактериями и грибами. Эти биомаркеры позволили исследователям проследить, как углерод перемещается между "зелеными" пищевыми сетями, поддерживаемыми растениями, и "коричневыми", управляемыми микробами.
"Понимание того, как энергия перемещается по пищевым сетям, помогает нам понять, как функционируют экосистемы и как животные могут реагировать на такие стрессовые факторы, как изменение климата. Хорошо известно, что в арктических и бореальных экосистемах климат потеплел, вечная мерзлота растаяла, а микробы процветают. Но мы очень мало знаем о влиянии этого процесса на наземные пищевые сети и животных, которых они поддерживают", - отметил Манлик.
Долгосрочные наблюдения
В ходе исследования был проанализирован костный коллаген из музейных образцов тундровой и рыжей полевок, масковых землероек, а также пауков арктических волков, полученных при различных сценариях потепления.
"Ученые часто спорят о важности животных для экосистемных процессов, таких как круговорот углерода, но когда они поедают ресурсы из разных пищевых сетей, они перемещают углерод между резервуарами", - говорит Мэнлик.
"В будущем мы думаем, что этот инструмент можно будет использовать для отслеживания судьбы углерода в пищевых сетях, чтобы понять функциональную роль животных в экосистемных функциях, таких как круговорот питательных веществ".
Команда наблюдала значительный сдвиг от пищевых сетей, основанных на растениях, к пищевым сетям, основанным на грибах. Например, землеройки усваивали до 90 процентов углерода из грибковых источников, что более чем на 40 процентов больше по сравнению с историческими образцами.
Последствия изменения рациона
Считается, что переход этих животных на грибковые источники питания обусловлен усилением процесса разложения, вызванного потеплением климата.
Разложение питает грибы, которые затем потребляются различными мелкими животными, перенося коричневый углерод вверх по пищевой сети.
Также было обнаружено, что арктические пауки-волки перешли от растительной к грибковой пищевой сети в качестве основного источника энергии, усваивая более 50 % бурого углерода в условиях потепления по сравнению с 26 % в контрольных точках.
"Наше исследование представляет собой четкое доказательство того, что потепление климата изменяет потоки углерода и динамику пищевых сетей среди надземных потребителей в арктических тундрах и бореальных лесных экосистемах - по видам, экосистемам и сценариям долгосрочного и краткосрочного потепления", - пояснил Манлик.
"И мы показываем, что эти изменения являются следствием перехода от преимущественно зеленых, растительных пищевых сетей к коричневым, микробным пищевым сетям".
Трофические пути
Ученые предполагают, что коричневый углерод передается надземным потребителям, таким как млекопитающие и пауки, в ходе серии хищнических событий, известных как трофические пути.
Усиление потепления приводит к усиленному разложению вечной мерзлоты как в тундре, так и в бореальных лесах.
Грибки питаются разлагающейся растительной массой и, в свою очередь, потребляются членистоногими, клещами и дождевыми червями, которые переносят грибковый углерод вверх по пищевой сети, где его потребляют полевки, землеройки и пауки, отмечают исследователи.
"Потепление климата значительно изменяет поток энергии в пищевых сетях, так что животные, которые исторически поддерживались растительными пищевыми сетями, теперь поддерживаются грибковыми пищевыми сетями, полученными в результате подземного разложения", - говорит Манлик.
Более широкое экологическое воздействие
Полученные данные не только подчеркивают важнейшую роль животных в формировании зеленых и коричневых пищевых сетей, но и показывают, как изменение климата изменяет эти связи.
Эти изменения могут иметь далеко идущие последствия для круговорота питательных веществ и функциональности экосистем.
Например, смещение рациона полевок в сторону более подземных источников может привести к снижению потребления растений, что потенциально увеличит накопление углерода в надземных экосистемах.
