Однако, согласно новому исследованию исследователей Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Дерона Беркепила и Эндрю Шанца, избыточное поступление питательных веществ — или загрязнение питательными веществами — создает дисбаланс во взаимодействиях между партнерами, также известными как мутуалистические, в различных экосистемах. . Виновник: азотные удобрения и сжигание ископаемого топлива. Их результаты опубликованы в журнале Ecology Letters.
За очень короткий период времени, отметил Беркепил, люди прервали тесную рециркуляцию питательных веществ между мутуалистическими видами, и это, в свою очередь, изменило баланс взаимодействия таких партнеров.«Это особенно важно, потому что многие из этих организмов являются основными видами экосистем, без которых экосистема перестала бы существовать», — сказал Беркепил, доцент кафедры экологии, эволюции и морской биологии UCSB.
Возьмем, к примеру, кораллы, строящие рифы, которые содержат крошечные водоросли, которые обеспечивают быстрый рост даже при низком запасе питательных веществ. «Присутствие кораллов — вот что делает коралловый риф», — продолжил Беркепил. «Без ассоциации между кораллом и его симбиотическими водорослями у вас не было бы коралловых рифов. Тропические леса — это то, что делает эти системы тропическими лесами, а взаимодействие с микробами — вот что движет успехом этих растений.«Это исследование, — добавил он, — действительно сосредоточено на крупных и важных организмах в пределах множества различных экосистем, поэтому проблема является всемирным явлением».Эти взаимно-взятые сценарии — как в случае с кораллами и водорослями — происходят между фототрофом, организмом, который производит свою собственную пищу в процессе фотосинтеза, и гетеротрофом, который должен искать пищу в окружающей среде.
Но экономические компромиссы на рынке природных ресурсов становятся неуравновешенными из-за загрязнения питательными веществами, большая часть которого связана с азотными удобрениями и потреблением ископаемого топлива.
Партнеры развили взаимный обмен, при котором гетеротроф поставляет метаболические отходы — азот и фосфор — фототрофу, которому для выживания необходимы эти ключевые питательные вещества. В свою очередь, фототроф снабжает своего партнера фотосинтетически фиксированным углеродом в виде сахара, который гетеротроф использует для получения энергии.
«Когда вы начинаете добавлять все больше и больше питательных веществ, которые обычно дает животное, растение больше не зависит от этого животного в отношении этих питательных веществ, и поэтому оно начинает возвращать животному меньше сахаров», — пояснил ведущий автор Шанц, докторант Экологической лаборатории Беркепил.«Эффект на самом деле противоречит здравому смыслу», — сказал Беркепил. «Если вы доставляете дополнительные питательные вещества, растение будет расти, но часто за счет своего грибкового партнера в мутуализме, создавая дисбаланс во взаимоотношениях с потенциально далеко идущими последствиями».
Исследователи проанализировали данные более 300 различных экспериментов, проведенных как в морской, так и в наземной среде, включая коралловые рифы, луга саванны, тропические леса и управляемые сельскохозяйственные поля. Они обнаружили, что одна и та же закономерность наблюдается на континентах и в разных частях океана, а также на разных уровнях продуктивности и разнообразия, и все это свидетельствует о сдвигах во взаимодействии симбиотических организмов.«С увеличением загрязнения питательными веществами мы увидели уменьшение роста грибов или бактерий и увеличение роста растений», — пояснил Беркепил. «Хотя кажется, что было бы хорошо, если бы растение росло быстрее, другие функции, которые обеспечивают партнеры-грибки или животные, такие как защита от патогенов или засухи и помощь в сборе микроэлементов, таких как железо, могут быть поставлены под угрозу. фототроф, и это может реорганизовать экосистемы, изменив их доминирующие виды ".«Возможно сокращение избыточного поступления питательных веществ, и решение проблемы загрязнения как на глобальном, так и на местном уровнях имеет важное значение», — отметил Беркепайл. Например, контроль сжигания ископаемого топлива может снизить осаждение атмосферного азота как на суше, так и на море.
Изменение методов ведения сельского хозяйства может помочь сохранить питательные вещества на полях, вместо того, чтобы позволить им стекать в ручьи и реки — и, в конечном итоге, в океан.«Речь не обязательно идет о прекращении удобрения посевов», — пояснил Беркепайл. «Просто нужно более ответственно относиться к тому, как эти удобрения используются».
Буферные зоны также могут быть важными инструментами для контроля перелива удобрений. «Если вокруг пахотных земель будет достаточно места, избыточные питательные вещества могут быть поглощены другими растениями, уменьшая содержание стока, достигающего океана», — сказал Шанц.