Невидимый химический ландшафт связывает жизнь в различных экосистемах

Фото из открытых источников

Пчела пролетает мимо одного цветка, садится на другой и занимает место на участке с наибольшим количеством нектара. Мы объясняем это цветом, памятью или удачей. Притяжение в основном обусловлено запахом, это лишь одна нить в огромном химическом ландшафте, которую мы никогда не замечаем.

Воздух вокруг этой пчелы одновременно несет множество химических сигналов от растений, животных и микробов. Новое исследование утверждает, что эти сигналы не просто движутся бок о бок, а сливаются воедино. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.

Живые организмы полагаются на химические сигналы, чтобы пережить день. Самец мотылька выслеживает самку издалека, ориентируясь только на запах. Бабочка изучает воздух, чтобы найти себе пару и подходящее растение для откладывания яиц.

Под землей корни кукурузы, подвергшиеся атаке, выделяют вещество, которое привлекает почвенных червей для охоты на личинки — этот трюк был обнаружен в ходе экспериментов. Поврежденные растения источают запахи, которые предупреждают соседей, — разговор, который мы никогда не слышим.

На протяжении десятилетий исследователи считывали эти обмены сигналами по одному, передавая одно химическое вещество от одного организма к другому.

Томас Дюссаррат из Билефельдского университета, ведущий автор исследования, сказал, что этот вид практически ничего не затрагивает вокруг. Отступите от единственного источника сигнала, и перед вами откроется новая картина. Ароматы множества видов вливаются в один и тот же воздух, воду и почву. Они смешиваются в одну изменчивую смесь по всей ареале обитания.

Команда называет это ландшафтом химического разнообразия — все химические вещества, циркулирующие в одном месте. 

До сих пор большая часть работы ограничивалась изучением одного соединения или пары, никогда не охватывая всю объединенную структуру целиком. Исследователей привлекает то, что эта смесь способна на то, чего не может ни один из ее компонентов по отдельности.

«При взаимодействии множества соединений могут возникать новые свойства, которые невозможно предсказать, исходя только из свойств отдельных компонентов», — сказал Дюссаррат.

Ни одна смесь не остается неизменной надолго. Переносимые ветром или просачивающиеся через почву, некоторые компоненты исчезают за считанные секунды, в то время как другие сохраняются, поэтому состав смеси постоянно меняется по мере распространения.

Пчела, находящаяся близко к цветку, и пчела, находящаяся значительно дальше по ветру, улавливают разные сигналы из одного и того же источника. Время также имеет значение, поскольку утреннее смешение сигналов редко совпадает с вечерним.

Поскольку химические процессы постоянно меняются, химический ландшафт никогда не стоит на месте. Как организмы воспринимают такую сложную смесь, до сих пор остается неясным, и в обзоре признается, как много остается неизвестным.

Если на одном участке посадить больше видов растений, то и сам воздух будет пахнуть по-другому. Исследование растительных сообществ показало, что состав растительных сообщений меняется непредсказуемым образом, в зависимости от вида растения.

Эти смешанные химические сигналы распространяются наружу. Опылители выбирают цветы, ориентируясь на их состав, травоядные выбирают места для питания, а микробы отвечают в почве. Небольшие изменения могут одновременно нарушить баланс всех этих процессов.

В самом широком смысле эти сочетания объединяют целые сообщества, даже на суше и на воде. Смешанный кормовой баланс луга может достигать расположенного неподалеку ручья, связывая, казалось бы, разрозненные местообитания.

Любое изменение состава населения в определенной местности также меняет ее химический состав: засуха, потепление, исчезновение видов. Каждое из этих изменений переписывает экосистему, а вместе с ней и сигналы, которые организмы научились распознавать в процессе эволюции.

Загрязнение окружающей среды, вызванное деятельностью человека, оказывает аналогичное воздействие, только в меньшей степени. Озон и другие загрязняющие вещества поглощают ароматы цветов еще до того, как они достигнут опылителей.

Как показывают недавние полевые эксперименты, в некоторых местах это может сократить дальность распространения аромата цветка на целых три четверти. Когда эти сигналы размываются, построенные на них партнерские отношения рушатся. Цветы остаются без внимания, защитные механизмы растений дают сбой, и обмены, поддерживающие целостность экосистемы, нарушаются. Это потеря, которую никто не может предвидеть.

Робин Хайнен из Мюнхенского технического университета, еще один ведущий автор исследования, хочет расширить область рассмотрения с отдельных организмов до целых сообществ. Он утверждает, что рассмотрение химического состава местности как единой системы может объяснить закономерности, которые невозможно объяснить с помощью отдельных сигналов. Такой более широкий взгляд может принести свои плоды на практике.

Специалисты по охране природы могли бы отслеживать химический состав среды обитания, чтобы выявлять проблемы на ранней стадии, а фермеры могли бы заменить некоторые пестициды натуральными смесями. Даже климатические прогнозы могли бы опираться на эти сигналы.

Ничто из этого не появляется в одночасье; обзор воспринимается как призыв к исследованию, а не как готовый набор инструментов. Тем не менее, обозначение химического ландшафта дает ученым нечто конкретное для измерения в разных местах и в разные годы.

Долгое время в этой области можно было описать отдельные химические взаимодействия, но никогда — целостную картину. Данная работа даёт название этому недостающему уровню, рассматривая совокупный химический состав среды обитания как измеримый слой жизни.

Имея в поле зрения этот аспект, экологи могут задавать вопросы, которые раньше были недоступны: как исчезновение вида меняет химический состав среды обитания и защищает ли сохранение этого скрытого разнообразия жизни, связанные с ним. 

Химический мир, пронизывающий каждый луг, лес и ручей, остается для нас невидимым. После этой работы оно перестаёт быть невидимым для науки, и именно здесь начинаются следующие открытия.