Растения в условиях недостатка питания могут «поедать» пыль, чтобы выжить

Фото из открытых источников

Согласно новому исследованию, растения могут поглощать питательные вещества непосредственно из атмосферной пыли через листья, а не только через корни. Исследование превращает пролетающий мимо пылевой фронт в прямой источник питания и меняет принципы питания растений в засушливых, бедных питательными веществами ландшафтах. Результаты были опубликованы в журнале New Phytologist.

В средиземноморской кустарниковой местности пыль, осевшая на поверхности листьев, привела к тому, что обработанные растения содержали гораздо больше железа и других микроэлементов, чем расположенные рядом необработанные кустарники. Работая в Иудейских горах Израиля, Антон Локшин из Университета Бен-Гуриона в Негеве связал это обогащение питательными веществами с минералами, выделяемыми и усваиваемыми самими листьями.

Увеличение количества пыли по-прежнему было сосредоточено в побегах, в то время как корни практически не изменились, что подтверждает предположение о проникновении пыли через листву, а не через почву. Эта граница важна, потому что она оставляет открытым один важный вопрос относительно результата: действительно ли эти питательные вещества проникли в живые ткани или просто остались на поверхности.

Чтобы отделить реальное поглощение от остаточного, команда отслеживала редкоземельные элементы — микроэлементы, сохраняющие химический состав, специфичный для конкретного источника. На обработанных участках эти закономерности сместились от местной почвы в сторону следов пыли, образовавшейся в результате обработки.

Даже химический состав пыли проявился в листьях, в то время как у растений, получивших пыль только через корни, изменения были незначительными. Этот химический след сделал простое загрязнение поверхности маловероятным объяснением и подтвердил версию о проникновении питательных веществ через поверхность листа.

Превращение пылевого налета в пищу происходило благодаря химическому составу поверхности листа, а не только из-за самой частицы. Все три вида кустарников имели слабокислые листья и выделяли органические кислоты — небольшие кислоты, которые помогают растворять стойкие минеральные отложения.

В лабораторных условиях было показано, что тонкая пленка влаги выделяет железо, марганец, цинк, магний, никель и медь гораздо быстрее, чем чистая вода. Поскольку окружающая почва имела щелочную реакцию, многие из этих питательных веществ с трудом высвобождались под землей.

Пыль, размещенная вблизи корней, оказывала гораздо меньшее воздействие, даже когда исследователи помещали тот же материал непосредственно рядом с растениями. Почва разбавила частицы, связала питательные вещества с минералами и подвергла их воздействию микробов, прежде чем один кустарник смог усвоить достаточное количество питательных веществ.

Листья избежали этого узкого места, потому что каждое зерно сначала соприкасалось с растительной тканью и растворялось в тонкой кислой пленке. Этот контраст помогает объяснить, почему пыльная буря может иметь значение в течение одного дня, а не только на протяжении длительных периодов формирования почвы.

Результаты, полученные за пределами полевого участка, указали на места, где содержащиеся в воздухе минералы играют важную роль в питании растений. По оценкам исследовательской группы, содержание железа в пыли может достигать 17 процентов от общего количества этого элемента, поступающего из почвы на западе Соединенных Штатов.

В восточной части Амазонии сахарская пыль уже пересекла Атлантический океан, а поглощение листьями фосфора достигло 12 процентов от его почвенного происхождения. Эти очаги загрязнения возникали там, где высокие концентрации пыли соприкасались с почвами, особенно плотно удерживающими скудные питательные вещества.

Среднегодовые значения также скрывали самые резкие колебания, поскольку пыль обычно появляется короткими импульсами, а не постоянным потоком. В дни, когда на средиземноморском солнце стояла пыль, авторы обнаружили, что ежедневное поступление железа и фосфора через листья может соответствовать или превышать их поступление из почвы.

Содержание меди в почве увеличилось примерно до половины суточной нормы, в то время как содержание марганца выросло на меньшую, но все же заметную долю.

«Это говорит о сдвиге от традиционного почвенно-ориентированного взгляда на усвоение питательных веществ к пути, опосредованному растительностью», — сказал Локшин.

В течение трехмесячного полевого сезона исследования избыток питательных веществ не приводил к быстрому росту растений. Исходные размеры различались, погода была переменчивой, и фосфор может быстро перемещаться внутри тканей, а не накапливаться в местах своего поступления.

Плотная пыль также может снижать фотосинтез, затеняя листья или частично блокируя устьица — крошечные поры, через которые происходит газообмен. Полученные результаты подтверждают реальность этого механизма, даже если в данном эксперименте он не привел к значительному краткосрочному росту.

Фосфор имеет наибольшее значение там, где экосистемы уже испытывают его нехватку, и некоторые районы Амазонии служат ярким тому примером. В этих районах старые тропические почвы могут быть настолько бедны фосфором, что это напрямую ограничивает продуктивность лесов.

Этот дефицит помогает объяснить, почему даже небольшое количество добавки, переносимой по воздуху, может иметь значение, как только листья смогут её перехватить. В регионах с низким содержанием питательных веществ растительный покров становится частью источника питательных веществ, а не полагается исключительно на почву.

По всему миру пыль ежегодно переносит огромные объемы минеральных веществ по суше и морю. Если будущее потепление, деградация земель или расширение пустынь изменят эти потоки, листья могут получить или потерять ранее не упоминавшийся источник питательных веществ.

Современные модели растительности обычно направляют атмосферные питательные вещества непосредственно в почву, упуская из виду путь поступления питательных веществ в растительный покров, который обнаружила исследовательская группа. Добавление этого маршрута может улучшить прогнозы роста растений, дефицита питательных веществ и накопления углерода в пыльных регионах.

В результате этой работы листья превратились в активные поверхности, которые улавливают пыль, растворяют ее и переводят часть в питательные вещества для растений. Следующий шаг — выяснить, какие виды животных, климатические условия и пылевые бури делают этот скрытый маршрут наиболее эффективным или, наоборот, наиболее затратным.