Белая джакаранда выживает на песке — ей помогает скрытый механизм леса

На фоне океана белая джакаранда выглядит почти чужеродно. В песчаных прибрежных лесах почва бедна и кислая, и такие условия редко подходят для крупных лиственных деревьев. Тем не менее это растение — известное также как кароба — успешно укореняется там, где другим видам не хватает ресурсов. Новое исследование показывает, что источник этого успеха скрыт не под землёй, а высоко в кронах. Об этом сообщает научное издание со ссылкой на бразильских исследователей.

Почему песчаные прибрежные леса считаются сложной средой

Песчаные леса входят в состав Атлантического леса и располагаются в непосредственной близости от океана. Их почвы отличаются высокой кислотностью и крайне низким содержанием питательных веществ. Большинство местных растений эволюционно приспособились к таким условиям и довольствуются минимальным набором ресурсов, как и многие другие экосистемы с жёсткими ограничениями, где почва и микробы играют ключевую роль.

Белая джакаранда выбивается из этого ряда. Для нормального роста ей требуется значительно больше питательных веществ, чем может предложить песчаная почва. Долгое время учёные не могли объяснить, как кароба выживает в подобных условиях. Ответ оказался неожиданным и пришёл сверху, а не из корневой системы.

Роль бромелий в кронах деревьев

Ключевыми участниками этого процесса стали эпифитные бромелии — растения, которые живут на ветвях деревьев и не укореняются в почве. Их листья формируют своеобразные чаши, где скапливается дождевая вода.

Со временем в этих природных резервуарах накапливаются опавшие листья, насекомые и органические остатки животных. Всё это разлагается и насыщает воду питательными веществами. Когда резервуары переполняются, обогащённая вода начинает стекать вниз, изменяя химический состав почвы под деревьями и влияя на локальное биоразнообразие, как это происходит и в других примерах скрытых экосистемных функций растений.

Дистанционное взаимодействие между растениями

Исследователи описывают этот механизм как ранее неизвестный тип взаимодействия — дистанционное взаимодействие растений. Его особенность в том, что виды никогда не соприкасаются напрямую. Одни обитают в пологе леса, другие — в почве внизу, но между ними возникает устойчивая связь через поток питательных веществ.

Эксперименты показали, что почва под ветвями с бромелиями заметно отличается от окружающих участков. Она становится более благоприятной для видов, которые обычно не выживают в песчаных лесах.

Как бромелии влияют на рост каробы

Чтобы проверить гипотезу, учёные провели серию экспериментов. Молодые растения каробы поливали либо обычной дождевой водой, либо водой из резервуаров бромелий. Разница оказалась существенной.

Листья растений, получавших "бромелийскую" воду, содержали на 35% больше калия, на 36% больше фосфора и на 3% больше железа. При этом уровень марганца снизился на 24%, что важно, поскольку его избыток может быть токсичным. Рост также ускорился: такие саженцы формировали почти в два раза больше листьев.

"Бромелии могут накапливать до 50 000 литров воды на гектар в тропических лесах", — отметил первый автор исследования Талес Перейра.
"Теперь мы показали, что перелив этих резервуаров создаёт участки почвы, богатые питательными веществами, и поддерживает рост растений с высокими потребностями, таких как кароба".

Скрытые экологические функции бромелий

Бромелии играют роль не только "поставщиков" питательных веществ. Каждый их резервуар — это мини-экосистема, где обитают насекомые, микроорганизмы и мелкие животные.

"Хотя эпифитные бромелии находятся в пологе леса, они выполняют важные функции и для почвенных сообществ — роль, которая долгое время оставалась незамеченной", — отметил профессор биологии Густаво Кеведо Ромеро из UNICAMP.

Он подчеркнул, что такие растения демонстрируют высокую фенотипическую пластичность и способны смягчать экологические стрессы, поддерживая биоразнообразие.

Когда избыток питательных веществ становится проблемой

Дополнительное питание полезно не всем видам. Некоторые растения песчаных лесов настолько адаптированы к бедной почве, что избыток ресурсов замедляет их рост.

"Мы обнаружили, что отдельные виды настолько приспособлены к дефициту питательных веществ, что дополнительный приток из бромелийской воды снижает их рост, возможно, из-за токсического эффекта", — пояснил Перейра.

Кароба составляет лишь около 5% растительности в исследуемом лесу Пицингуаба в парке Серра-ду-Мар, однако такие локальные участки с обогащённой почвой повышают общее видовое разнообразие.

Проверка в тепличных условиях

Для окончательной проверки учёные провели тепличные эксперименты в Кампинасе. Саженцы каробы поливали дождевой водой и водой из бромелий, собранной в лесу. В некоторых случаях бромелии получали листья, обогащённые редкой формой азота.

Химический анализ подтвердил, что питательные вещества из бромелий действительно попадали в листья каробы. В такой воде оказалось вдвое больше азота, в четыре раза больше кальция, в десять раз больше магния, в шесть раз больше серы и как минимум в одиннадцать раз больше фосфора по сравнению с дождевой.

Куда движутся дальнейшие исследования

Перейра продолжает изучать влияние бромелий на почвенные микробные сообщества во время исследовательской стажировки в Университете штата Пенсильвания. Эти работы могут показать, как небольшие растения в кронах формируют структуру и устойчивость целых лесных экосистем.

Исследование было профинансировано программой BIOTA FAPESP, посвящённой изучению, сохранению и устойчивому использованию биоразнообразия.