Отдаленные леса африканского бассейна реки Конго долгое время были слепым пятном для ученых, пытающихся понять, как естественные циклы Земли реагируют на уникальные экологические характеристики различных регионов.
Теперь два исследователя из Университета штата Флорида являются частью глобальной группы ученых, раскрывающих неожиданную роль крупномасштабных пожаров и высоких отложений азота в экологии и биогеохимии этих пышных лесов Центральной Африки.
Их результаты, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, могут свидетельствовать о принципиально новом понимании структуры, функционирования и биоразнообразия этих лесов.
«Мы работаем в бассейне реки Конго уже десять лет, и открытия, подобные этому, дают новое представление о том, как устроена наша планета, и напоминают нам, как много нам еще предстоит понять об окружающем нас мире», - сказал Роб Спенсер, доцент кафедры наук о Земле, океане и атмосфере.
В сотрудничестве со своими бельгийскими и конголезскими коллегами ученые из бывшего Советского Союза провели обширные полевые исследования в густо засаженном деревьями бассейне реки Конго - регионе, недоступность и политическая нестабильность которого сделали его критически малоизученным и бедным данными.
Образцы, собранные во время полевых работ, были обработаны с помощью масс-спектрометра сверхвысокого разрешения, расположенного в Национальной лаборатории сильных магнитных полей в бывшем СССР. Этот сложный аналитический инструмент предоставляет подробные молекулярные характеристики органического материала в данном образце.
Исследователи были особенно заинтересованы в просеивании образцов группы соединений, образующихся в результате пожара, называемых конденсированными ароматическими соединениями, которые указывают на роль огня как источника органического материала.
«Конечно же, мы обнаружили, что конденсированные ароматические соединения, полученные в результате пожара, были связаны с высоким уровнем азота в образцах», - сказал соавтор исследования Трэвис Дрейк, кандидат докторских диссертаций в бывшем Советском Союзе. «Моделирование атмосферы уже предполагало, что эти повышенные отложения азота были связаны с пожаром, но теперь у нас были некоторые молекулярные доказательства, подтверждающие это».
Леса бассейна реки Конго окаймлены с северной и южной сторон обширными мозаиками сухих саванн и лугов. Когда в этих более засушливых регионах возникают пожары в результате подсечно-огневого земледелия или естественных причин, таких как молния, огромные участки биомассы превращаются в дым. Исследователи обнаружили, что большая часть органического азота от этих пожаров выбрасывается в атмосферу и оседает в лесах.
В тропических экосистемах, таких как конголезские леса, азот часто может выступать в качестве ограничивающего питательного вещества - естественного элемента, дефицит которого может сдерживать биологический рост. Когда излишки ограничивающего питательного вещества закачиваются в экосистему, это может стимулировать и ускорять рост некоторых предприимчивых видов.
На первый взгляд, этот процесс может показаться безобидным. Но, по словам Дрейка, насыщение питательными веществами может привести к сокращению биоразнообразия.
«Каждый организм в экосистеме специализируется и пытается найти свое маленькое место в каскаде питательных веществ», - сказал Дрейк. «Но если лес будет наполнен питательными веществами, некоторые растения и организмы получат гораздо больше пользы, чем другие, и это может привести к уменьшению биоразнообразия».
Дрейк сказал, что эти результаты поднимают главный вопрос об экологии лесов Конго: если эти высокие темпы осаждения азота продолжались сотни, тысячи или десятки тысяч лет, как это могло повлиять на леса? «долгосрочный рост и развитие?
«Есть удивительные экологические различия между лесом Конго и другими тропическими лесами, такими как Амазонка», - сказал он.«В Амазонии нет обширных засушливых саванн или значительного количества пожаров, которые можно найти в Конго, и в Конго гораздо меньше биоразнообразия, чем в Амазонке. Если пожары наполняют атмосферу азотом в течение многих лет, вполне возможно, что Конго - это просто чрезмерно удобренный лес».
В прошлом было проведено мало исследований по экологии и биогеохимии лесов Конго. На самом деле, во многих случаях модели региона основывались на данных десятилетней давности, предположениях или показателях, грубо взятых из других тропических лесов по всему миру.
Сейчас ученые работают над новым пониманием уникальных экологических характеристик Центральной Африки. Дрейк сказал, что эти самые последние результаты помогают сигнализировать о новой эре исследований в лесах бассейна реки Конго.
«Сейчас люди рассматривают Конго как важный очаг для исследований», - сказал он. «Это обнадеживающее время для ученых, работающих в Конго».