Термиты помогают тропическим лесам восстанавливаться после засухи

Рис. 1. Термиты Macrotermes gilvus разгрызают лист. Термиты, относящиеся к родам Macrotermes, Bulbitermes и Prohamitermes вносят большой вклад в переработку листового опада и древесины в тропических лесах и, как выясняется, в засушливый период способствуют поддержанию в почве баланса влаги и минеральных веществ. Эти термиты и стали главными героями широкомасштабного экспериментального исследования на острове Борнео. Фото с сайта termitesandants.blogspot.com

Международная команда экологов отправилась на остров Борнео для изучения факторов устойчивости тропического леса во время засухи. В ходе широкомасштабного полевого эксперимента ученые проверили гипотезу о влиянии термитов на стрессоустойчивость лесной растительности. Убрав значительную долю термитов на выбранных площадках, они показали, что деятельность термитов способствует сохранению влаги в почве, увеличивает циркуляцию необходимых растениям элементов, а также увеличивает выживаемость проростков растений, в частности лиан. Эта работа демонстрирует, насколько тесно взаимоувязаны в тропической экосистеме даже такие, казалось бы, далекие элементы, как лианы и термиты, и насколько важно сохранять все ее компоненты.

В свежем выпуске журнала Science представлены результаты интересного экологического эксперимента в дождевом тропическом лесу. Он интересен с разных позиций, но главным образом потому, что демонстрирует, что сейчас экологи могут на деле проверять гипотезы и модели, которые прежде были не более чем логичными умозаключениями. В обсуждаемой работе ученые проверяли гипотезу о весомом вкладе термитов в поддержание стабильности почвы тропических лесов, — а мы понимаем, что в случае такой сложной экосистемы можно придумать и логично обосновать очень много разных версий, объясняющих ее устойчивое существование, и «термитная» гипотеза среди них далеко не самая привлекательная.

Над проектом работала международная команда экологов, представляющих научные учреждения Китая, Англии, Австралии, ЮАР, Шотландии и Малайзии. Поставленная изначально научная задача вполне соответствовала запросам времени (отсюда и финансовая поддержка от Британского Совета по окружающей среде): выяснить механизмы восстановления тропических лесов, пострадавших от Эль-Ниньо (термиты были дальним прицелом исследователей).

Эксперимент стартовал на острове Борнео (другое название этого острова — Калимантан) в октябре 2014 года и продолжался до июня 2017 года. На этот период пришлось последнее по времени явление Эль-Ниньо, вызвавшее, в частности, засуху на Борнео. Ученые случайным образом выбрали в лесу четыре контрольные и четыре экспериментальные площадки (квадраты размерами 50×50 м, рис. 2). На экспериментальных площадках уничтожались термиты. В течение двух лет (год длилась засуха, а на следующий год шло восстановление экосистемы) ученые наблюдали, как меняются характеристики почвы на этих участках. Заодно отслеживали разнообразие насекомых и проверяли выживаемость проростков — тоже немаловажные показатели восстановительного потенциала растительности.

Рис. 2. Расположение экспериментальных (голубые квадраты) и контрольных (красные квадраты) площадок на участке тропического леса в северо-восточной части острова. На экспериментальных площадках ученые боролись с термитами, в результате чего их активность там снижалась примерно вдвое Схема из сопроводительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Любопытно, как экспериментаторы избавляли от термитов лесные делянки, — для тропического леса задача вовсе не тривиальная. Тут пригодились многолетние наработки по борьбе с термитами, известными «вредителями» любой древесины. Во-первых, на экспериментальных участках просто срыли все термитные постройки, во-вторых, расставили рулоны туалетной бумаги (по 16 на каждую площадку), пропитанные особой термитной отравой, в-третьих, разложили отравленные чайные пакетики. Туалетная бумага и чайные пакетики кажутся примитивными и даже не очень научными инструментами, но мы должны понимать, что и эта методика, и выверенная доза подобранного яда, невредного при этом для других насекомых, — результаты долгих исследований, подтвержденных вынужденной практикой. Туалетная бумага, например, — превосходный источник целлюлозы, единственной пищи термитов. Эти меры снизили активность термитов примерно наполовину. Активность термитов, кстати, тоже оценивалась с помощью туалетной бумаги: подсчитывали, сколько (не отравленных) рулонов термиты сгрызут за месяц.

В результате выяснились неожиданные обстоятельства. Во-первых, во время засухи активность термитов заметно возрастала. По предположению ученых, это вызвано удобством прокапывания ходов в более сухой почве по сравнению с влажной и низкой активностью муравьев — основного врага термитов. Так или иначе, в сухое время, стрессовое для других тропических насекомых, термиты себя чувствуют совсем неплохо. Во-вторых, — и это важно — во время засухи параметры почвы на контрольных площадках были существенно лучше по сравнению с площадками, с которых убрали термитов (рис. 3). Количество влаги, объем переработанного опада, циркуляция таких важных минеральных компонентов как азот, кальций, магний, железо — все эти показатели превышали соответствующие характеристики на экспериментальных делянках.

Рис. 3. Сравнение некоторых характеристик почв на контрольных (серые столбики) и экспериментальных участках (белые столбики): А — темпы переработки опада, В — глубина почвенной подстилки (эти параметры, очевидно, скоррелированы), С — увлажненность почвы, D — выживаемость семян (число посаженных проростков, выживших через год). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Помимо этого, ученые измерили выживаемость проростков лианы Agelaea borneensis, собранных на контрольных и экспериментальных участках во время засухи (все семена на одной стадии развития и одного размера, их специально собрали и пересадили на опытной базе). Проростки с контрольных участков оказались более живучими: доля выживших контрольных растеньиц через год оказалась выше, чем «бестермитных» экспериментальных. Так что потенциально в присутствии термитов растительность после засухи должна восстанавливаться быстрее.

Таким образом, деятельность термитов обеспечивает дополнительную антистрессовую устойчивость тропической флоре за счет поддержания баланса главных почвенных ингредиентов. Ученые заключают, что в условиях антропогенного воздействия, когда огромные участки тропических лесов преображаются по воле человека, — а это около 50% всей их площади (~10 млн кв. км), — их устойчивость к стрессу снижается, так как уменьшается количество и разнообразие термитов. Так что если мы хотим сохранить тропические леса, то нужно беречь в том числе и термитов.

Источник: L. A. Ashton, H. M. Griffiths, C. L. Parr, T. A. Evans, R. K. Didham, F. Hasan, Y. A. Teh, H. S. Tin, C. S. Vairappan, P. Eggleton. Termites mitigate the effects of drought in tropical rainforest // Science. 2019. V. 363 (6423). P. 174–177. DOI: 10.1126/science.aau9565.

Елена Наймарк