Муравьи играют важную роль в круговороте углерода на Земле

Фото из открытых источников

Большинство людей считают, что муравьи — это всего лишь наземные существа, появляющиеся на пикниках, доставляющие неудобства и совершающие набеги на кухни. Однако то, что происходит под землей, — это совсем другая история. В подземных условиях муравьи делают то, что исследователи лишь недавно начали измерять в больших масштабах.

В любой момент времени по планете ползает примерно 20 квадриллионов муравьев. Это делает их биомассу сопоставимой примерно с пятой частью всего человеческого мяса вместе взятого. Они строят сооружения, роют ямы и перевозят листья, семена и мертвых насекомых, преодолевая значительные расстояния.

Новое глобальное исследование того, как вся эта деятельность изменяет рельеф почвы под нашими ногами, было проведено Мингдой Ваном и Личао Фаном из Северо-Западного сельскохозяйственного и лесоводческого университета. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

В сотрудничестве с коллегами из Германии и Швеции команда собрала 2232 измерения из 136 отдельных исследований.

Данные охватывали территории пустынь, водно-болотных угодий, сельскохозяйственных угодий, лесов и лугов.

По сравнению с почвой, расположенной неподалеку и не затронутой муравьями, в муравейниках содержалось на 22% больше органического углерода. При этом эти же муравейники выделяли на 84% больше углекислого газа.

Муравьи накапливают больше углерода в почве, одновременно выбрасывая больше его в атмосферу. Именно баланс между этими двумя потоками делает их роль в климатической проблеме столь сложной. Примерно половина этого дополнительного CO2 — 52% — поступает от самих муравьев, исключительно за счет их дыхания.

В ходе своих исследований команда сравнила два типа экспериментов. Во-первых, в ходе полевых исследований измерялось все, что всплывало из живого гнезда. Во-вторых, в лабораторных исследованиях ту же самую почву из гнезда, но уже без муравьев, перенесли на лабораторный стол и измерили, что выделяет сама почва.

В полевых образцах муравьиные гнезда показали скачок концентрации CO2 на 123%. В образцах только почвы скачок составил 55%. Этот разрыв напрямую связан с тем, что муравьи выдыхают кислород.

В одной колонии могут обитать десятки тысяч рабочих муравьев. Исследователи давно подозревали, что дыхание муравьев действительно вносит свой вклад в выбросы из гнезда.

Однако лишь в ходе этого анализа удалось количественно оценить этот показатель для столь многих видов и экосистем. Не каждое гнездо служит одной и той же цели. Относительное влияние на накопление углерода наиболее велико в самых сухих и бедных почвах.

В засушливых регионах муравьи увеличили содержание углерода в почве на 44%. В более влажных местах этот показатель снизился до 12%. Наиболее впечатляющий рост наблюдался на почвах пустынь, где показатель увеличился на 74%, что значительно опережает показатели лугов, лесов и сельскохозяйственных угодий. Удивительно, но на водно-болотных угодьях потери были незначительными.

Здесь многое объясняется дефицитом ресурсов. В засушливой местности, где практически нечего использовать, колония муравьев, собирающая листья и семена в одном месте, скорее всего, создает небольшой оазис.

В пышном лесу, где и без того накоплено большое количество углерода, аналогичные работы по транспортировке практически не оказывают влияния на окружающую среду. Исследователи отмечают, что механизм скорее выведен из контекста, чем наблюдается непосредственно, но закономерность сохраняется во всех экосистемах.

Вид муравья имеет такое же важное значение, как и климат. Исследователи давно подозревали это, но до сих пор никто не ранжировал факторы, влияющие на ситуацию в глобальном масштабе.

Грибы родов Formica, Pheidole и Pogonomyrmex, широко распространенные в умеренных и засушливых зонах, как правило, способствуют увеличению как накопления углерода, так и выбросов. Другие роды практически не повлияли на ситуацию. Подсемейство тоже имело значение, поскольку гнезда подсемейства Formicinae в среднем выделяли в 1,7 раза больше CO2, чем гнезда подсемейства Myrmicinae.

Рацион питания еще больше усугубляет ситуацию. Муравьи, которые разводят тлей ради сладких выделений или собирают семена, накапливают растительный материал, который относительно легко разлагается. Это питает почвенные микроорганизмы и способствует богатому накоплению веществ и выбросам в экосистеме.

Хищные муравьи накапливают богатые азотом останки животных, что изменяет химический состав их организма. Насыпи, заселенные видами, выращивающими грибы, могут содержать меньше углерода, поскольку они представляют собой в основном кучи подпочвы, поднятые из глубоких недр.

Место, где муравей строит гнездо, также меняет расчеты. Надземные гнезда, построенные из растительных остатков, накопленных за годы, повысили содержание углерода в почве на 36%. Подземные гнезда накапливали органические вещества глубже в почве. Минеральные насыпи часто оказывали нейтральное или слегка отрицательное воздействие, поскольку состояли в основном из земли, взятой снизу.

За всеми этими данными стоит климат. Температура и количество осадков определяют, какие виды муравьев где живут, чем они питаются и как строят свои жилища. Глобальное потепление уже вынуждает муравьев перемещаться в заболоченные местности, холодные регионы и на фермы, где применяется низкопахотное земледелие, и, по прогнозам, их численность будет продолжать расти в течение следующих десятилетий.

Несмотря на огромное разнообразие муравьев, Африка, Южная Америка и Австралия остаются крайне малоизученными регионами. В ходе этого анализа каждое измерение отражало либо накопление углерода, либо выбросы, но никогда не проводилось на одном и том же участке одновременно. Этот пробел означает, что полную картину положения муравьев пока невозможно составить на основе имеющихся данных.

Почвоведы, создающие глобальные модели углеродного цикла, в основном рассматривали муравьев лишь как второстепенный элемент. Данная работа предполагает, что гнезда должны занимать свою собственную строчку в реестре, особенно в засушливых регионах.

Для прогнозирования климата практический вопрос заключается в том, являются ли муравьи чистыми поглотителями или чистыми источниками углерода. Тем не менее, существо, которое большинство людей отмахиваются от него, перемещает углерод в почву и из почвы с такой скоростью, что к этому стоит отнестись серьезно.

По мере того, как популяции муравьев расширяются в связи с повышением температуры и осваивают новые экосистемы, последствия, связанные с выбросами углерода, вероятно, будут расти вместе с ними.