Tajni život šuma Understand article

Prevela Tanasije Rakić (Biološki fakultet, Univerzitet u Beogradu). Nova istraživanja otkrivaju prethodno nepoznate pogodnosti krošnji – i tajnog života u okviru njih.

Autor među džinovskim
drvećem sekvoja u državnom
parku velikog drveća
Calaveras u Kaliforniji, SAD

Katie Jennings/Rossella
Guerrieri

Kada se šetate kroz šumu, šta je to kod drveća što vas najvise impresionira? Za mene, to je zelena krošnja lišća, sa granama koje se protežu prema nebu. Sećam se kada sam prvi put ugledala džinovsko drvo sekvoje, u državnom parku velikog drveća Calaveras u Kaliforniji, SAD. Ono što me je zaista impresioniralo su bile visoke, zimzelene krošnje ovog drveća – koje može biti staro i do 3500 godina – usvajajući vodu korenjem koje je skoro 100 metara ispod stabla. Tokom moje karijere ekofiziologa fascinirana sam krošnjama drveća, koja ne samo da su važna za samo drveće, vec i za čitave šume – i za sve nas.

Krošnje drveća daju ogroman doprinos smanjenju globalnog zagrevanja i klimatskih promena tako što uzimaju ugljen-dioksid svojim listovima, zatim ga koriste u fotosintezi da proizvedu šećere. Zahvaljujući ovoj aktivnosti, šumske krošnje širom sveta otklanjaju oko 30% ugljen-dioksida nastolog sagorevanjem fosilnih goriva. U isto vreme, drveće gubi vodu preko svojih listova, voda upijena iz zemlje se vraća u atmosferu uz pomoć transpiracije. Ovo je poznata priča, ali ono što je manje poznato, i tek počinje da bude shvaćeno, je to da drveće takođe ima efekat na druge gasove u vazduhu, osim na ugljen-dioksid, kiseonik i vodenu paru – konkretno utiče na azot i njegova jedinjenja.

Kruženje azota

Krošnje drveća je konstantno izloženo promenama sastava atmosfere, uključujući i one izazvanje zagađivačima. Neki zagađivači su reaktivna jedinjenja azota, uključujući amonijak (NH3) i njegova jedninjenja, i razne okside azota, poznate kao NOx (NO, NO2 and NO3). Tokom prošlog veka, desilo povećavanje količine jedinjenja azota u atmosferi uglavnom zbog globalnog povećanja u industrijskoj aktivnosti, izduvnim gasovima iz saobraćaja, intenzivnom stočarstvu i upotrebi đubriva u poljoprivredi i sagorevanju biomase za energiju (Galloway et al., 2004).

Kao i sa povećanjem ugljen-dioksida u atmosferi, šume imaju stabilizujući efekat ovde, jer čuvaju nešto od dodatnih jedinjenja azota iz atmosfere. Jedno od ključnih pitanja na koje naučnici pokušavaju da odgovore jos od 1980-ih je da li samo drveće ima ovu ulogu ili isključivo zemljište ispod njih. Ranija istraživanja su pretpostavljala da dodatna jedinjenja azota dospevaju direktno u zemljište i da nema nikakvog odnosa sa krošnjama, ali skorija istraživanja pokazuju da ova pretpostavka možda nije istinita.

Krošnje drveća i zagađenje

Stomata on leaf surface
Stome su pore zaštićene
izduženim ćelijama
(pokazane zeleno) koje
omogućavaju da gasovi
izlaze ili ulaze u list

BlueRidgeKitties/Flickr, CC BY-
NC-SA 2.0
 

U više šuma u Evropi i SAD, atmosferska jedinjenja azota su bila praćena kroz nekoliko decenija. Istraživanja koja su koristila ove podatke su pokazala da krošnje drveća imaju aktivnu ulogu u uklanjanju zagađenja iz vazduha tako što usvajaju jedan deo jedinjenja azota a drugi deo koji dospeva u zemlju izmenjuju. Ali kako ovo postižu? Izgleda da, kao ugljen-dioksid, ova jedinjenja azota su u mogućnosti da uđu u list kroz stome, i budu usvojeni od strane biljke. Druga istraživanja su otkrila da krošnje drveća mogu da transformišu amonijak i njegova jedinjenja, pretvarajući ih u nitrat, koji se spira u zemljište gde ga preuzimaju korenovi kao nutrijent. Ovi pricesi objašnjavaju još jedno otkriće: azotova jedinjenja u vazduhu mogu zapravo biti od koristi drveću, jer povećavaju stopu rasta u nekim šumama gde dostupnost azota može biti ograničavajući faktor (Magnani et al., 2007).

Naravno, drveće takođe može biti oštećeno zagađenjem vazduha, konkretno ozonom i jedinjenjima sumpora – što je poznato još od osamdesetih. Ovi gasovi štete kutikuli lista i stomama, narušavajući ravnotežu u razmeni gasova između biljke i vazduha. Međutim, zahvaljujući zakonskim regulacijama, emisije koje izazivaju zagađenje vazduha su opale od osamdesetih, naročito one povezane sa sumpornim jedinjenjima.

Drveće se tako ponaša kao filter i doprinosi povećanom kvalitetu vazduha, čak i u gradovima. Uopšteno, koliko je drvo efikasno u otklanjanju zagađivača zavisi od strukture krošnje (njenog oblika, gustine listova i grana) i od njihovog lišća (npr. hrapavost i navoštenost površine). Vrste drveća koje su posebno uspešne u usvajanju NOx jedninjenja uključuju: brezu (Betula), topolu (Populus) i crnu zovu (Sambucus nigra), dok su hrast (Quercus), bukva (Fagus sylvatica) i grab (Carpinus betulus) dobri u usvajanju amonijaka.

Oak tree (Quercus)
Drvo hrasta (Quercus), vrsta koja može da usvaja amonijak iz atmosfere
Yuriy Vahlenko/Shutterstock.com

Mikrobijalni zaštitnici

Bacterial colonies from leaf
Bakterijske kolonije gajene
utiskivanjem lista na
medijum za kulturu,
pokazuju kako su bakterije
raspoređene duž lisnih
struktura

Julia Vorholt/ETH Zurich
 

Trenutna istraživanja otkrivaju još jedan faktor koji doprinosi da krošnje drveća imaju ovakve izvanredne efekte na atmosferu. To je “mikrobiom lista” – mikrobijalne životne forme koje se nalaze na ili unutar površina listova, poprilično slično kao crevni mikrobiom unutar naših tela. Sada je dobro poznato koliko na naše zdravlje, čak i na našu sreću utiče naš crevni mikrobiom. Zapanjujuće je da izgleda da postoji sličan efekat kod drveća, sa mikrobiomom lista koji utiče na to kako drveće reaguje na promene u okolini.

Dok su anlize DNK sekvenciranja omogućile naučnicima da sklope globalni atlas bakterija koje žive u zemljištu, tek smo počeli da shvatamo koje klase mikroba žive u krošnjama drveća. Postoji još mnogo pitanja na koja treba dati odgovor: na primer, da li su ove mikrobne vrste iste kod različitih šuma i vrsta drveća? I koji su mikrobi odgovorni za usvajanje atmosferskog azota u okviru krošnji drveća, a koji za njegovu transformaciju?

U 2015, sam primila stipendiju za istraživanje da bih pokušala da nađem odgovor na ova pitanja. Moj cilj je bio da istražim tajni život krošnji belog bora i šuma duž priobalja cele Evrope, od Švedske i Finske na dalekom severu do mediteranske Italije i Španije na jugu. Šest meseci kasnije sam započela stipendiran rad, imala sam laboratoriju punu zemljišta, lišća i boca sa vodom sakupljenom ispod krošnji drveća. Bilo je neverovatno otkriti da samo nekoliko grama lišća krije neverovatno raznovrsnu bakterijsku zajednicu (Guerrieri et al., 2017), i kroz mikroskop sam mogla da vidim kako su mikrobi lepo raspoređeni duž lisnih nerava.

Sa mojim kolegama sam započela da uviđam šta koji lisni mikrobi rade – na primer, pronašli smo da ima više arheja nego bakterija uključenih u pretvaranje amosferskog amonijaka u nitrat. Druga istraživanja su pokazala da neke baktrije otklanjaju zagađivače iz atmosfere tako što ih koriste u svom metabolizmu (Wei et al., 2017). Ali imamo još mnogo posla u ovoj novoj oblasti istraživanja, da shvatimo koje efekte određeni mikrobi imaju unutar bioma lista.

Lisni biom i zdravlje šuma

Kao i ljudi, izgleda da samo drveće ima pogodnosti od svojih mikrobijalnih stanovnika. Nedavno, naučnici su otkrili da bakterijska raznovrsnost u krošnjama drveća pomaže otpornosti na štetočine i doprinosi zdravlju šume generalno. A i grupa naučnika u SAD je otkrila bakterije u lišću sekvoje koje štite od patogenih gljivica (Carrell & Frank, 2015) – tako da je možda ovo tajna koja je omogućila ovom ogromnom, prelepom drveću da se odupre bolesti i preživi vekovima, čak i milenijumima.

U svakom slučaju, posle više od 20 godina posmatranja u Evropskim šumama, možemo da kažemo zasigurno da krošnje drveća – i nevidljivi oblici života koje kriju – su važan deo složene i nedovršene slagalice o tome kako azot kruži između zemlje, vazduha i živih bića.

Primeval beech forest canopy
Krošnja prastare bukve, šuma u Nacionalnom parku Hainich, Nemačka
Takashi Images/Shutterstock.com

Priznanja

Autorka bi želela da se zahvali Newton International Fellowship Alumni follow-on funding (2013–2017) Kraljevskog društva, EU finansiranju od strane MSCA individual fellowship (NITRIPHYLL), i Joan Cáliz i Mateu Menéndez-Serra (Centar za napredne studije u Blanesu, Španija) za njihovu podršku pri mikroskopskim posmatranjima.

Download

Download this article as a PDF

References

Resources

Author(s)

Rossella Guerrieri je fiziolog biljaka i šumski ekolog. Njeno glavno interesovanje u istraživanju je rezumevanje kako funkcionisanje šuma varira u odnosu na velike sredinske i antropogene promene. Nakon što je postala doktor nauka na univerzitetu Basilicata u Italiji bavila se istraživanjem na univerzitetima New Hampshire u SAD, Edinburgh u UK, i onda na CREAF (Centre for Ecological Research and Forestry Applications – Centar za ekološka istraživanja i primenjeno šumarstvo) u Barseloni u Španiji. Bila je uključena u akcije podizanja svesti o šumama i klimatskim promenama na Edinburgh Science Festival-u i u Barcelona Centre of Contemporary Culture.


Review

Ovaj članak govori o krošnjama drveća i njihovoj važnosti kao izaslanika atmosferskih promena. Autorka objašnjava ciljeve njenih istraživanja: razumeti raznovrsnost i funkciju mikroba koji žive na i u lišću belog bora i šuma bukve.

Ovaj članak može da se koristi kao podloga za podučavanje tema kao što su metabolizam ćelija, biološke reakcije, kruženje azota i, generalno, ekosistema.

Ovaj članak takođe može da se koristi kao baza za razumevanje pitanja kao što su:

  • Koja jedinjenja su uključena u razmeni između drveća i atmosfere?
  • Koji je uticaj sumpor-dioksida na biljke?
  • Kako drveće smanjuje zagađenje od jedinjenja azota?

Članak takođe može biti koristan da pokaže primene tehnika koje se koriste za prepoznavanje bakterija, konkretno DNK analize. U najširem smislu, naglašava samo uzbuđenje naučnog istraživanja i entuzijazam istraživača za ovu novu oblast istraživanja.


Monica Menesini, nastavik nauke, Italija




License

CC-BY