Деревья, растущие на вершине гранита Лысой горы в южной части Сьерра-Невады, получают питательные вещества из переносимой ветром атмосферной пыли - более 50 процентов - по сравнению с питательными веществами, поступающими из подстилающей породы.
Исследователи из Университета Вайоминга провели исследование, в ходе которого был получен удивительный результат путем измерения изотопов неодима в коренных породах, почве, пыли и сосновых иголках живых деревьев. Используя эту хорошо ограниченную систему, группа смогла объединить данные со всего мира, чтобы показать, что это явление не ограничивается Сьерра-Невадой и что чужеродная пыль, вероятно, удобряет растения во многих местах по всему миру.
«Деревья в Сьерра-Неваде используют пыль для получения питательных веществ», - говорит Клифф Рибе, доцент кафедры геологии и геофизики Университета Вашингтона. «Это новая находка».
Рибе был вторым автором статьи под названием «Глобальные закономерности поступления питательных веществ из пыли и коренных пород в горные экосистемы», которая была опубликована сегодня (6 декабря) в Science Advances, дочернем издании Science. В онлайн-журнале публикуются важные инновационные оригинальные исследования, которые расширяют границы науки и расширяют стандарты качества, установленные наукой.
Линдси Арвин, студентка магистратуры UW из Чикаго, специализирующаяся на геологии и геофизике, была ведущим автором статьи. Летом 2015 года Арвин взял образцы живой хвои в Сьерра-Неваде, преимущественно в хвойных лесах.
Позже той осенью Арвин отправился в лабораторию Сары Асиего в Мичиганском университете, где она работала с Молли Блаковски, аспиранткой Мичиганского университета, над обработкой образцов. В частности, они интересовались извлечением неодима, элемента периодической таблицы, связанного с фосфорсодержащими минералами, которые являются важным источником питательных веществ для растений.
«Сходство в химическом поведении неодима и фосфора делает изотопы неодима полезным аналогом для отслеживания поглощения фосфора растительными системами», - говорит Асьего, ныне адъюнкт-профессор Университета Вашингтона. «В данном случае мы смогли проследить неодим из двух источников - инородной пыли из Азии и Центральной долины Калифорнии и гранитной породы».
«Мы использовали два отпечатка пальца, чтобы проследить питательные вещества. У пыли один изотопный отпечаток, а у коренной породы - другой изотопный отпечаток», - объясняет Рибе. «Сосновые иголки показывают степень смешения двух отпечатков пальцев. Почва также показывает смесь двух».
Эти наблюдения показывают, что питательные вещества, получаемые из пыли, могут иметь жизненно важное значение для горных экосистем, даже когда питательные вещества из коренных пород являются значительными, заключает документ.
«В то время как другие исследования показали, что пыль может увеличивать общие потоки элементов в экосистемах, это первое исследование, в котором количественно оценивается перенос неодима и, косвенно, фосфора из пыли в растения», - объясняет Асьего. «Кроме того, влияние намного выше, чем я ожидал, и предполагает, что элементы в пыли могут иметь гораздо большее влияние на глобальные экосистемы, чем предполагалось ранее».
В нескольких предыдущих исследованиях была проведена количественная оценка поглощения питательных веществ, полученных из пыли, в стабильных или медленно разрушающихся ландшафтах. Но лишь немногим удалось количественно определить питательные вещества, получаемые из пыли, в горных экосистемах со значительной скоростью эрозии..
Рибе говорит, что его исследовательская группа использовала два существующих набора данных - глобальную базу данных о скорости эрозии, составленную в 2011 году, и глобальную модель потоков пыли, созданную в 2014 году, - чтобы изучить влияние пыли во всем мире.
«Эта комбинация предыдущих наборов данных позволяет нам увидеть, где пыль важна в мире», - говорит Рибе.«Удивительное открытие состоит в том, что во многих местах, включая Аппалачи и Западную Европу, пыль может быть важнее, чем считалось ранее».
«Концепция «критической зоны» Земли дает нам основу для того, чтобы взглянуть на окружающую среду с более широкой точки зрения и увидеть глобальное влияние того, что считалось региональными процессами», - говорит Ричард Юретич, директор программы Программа обсерваторий критических зон Национального научного фонда (NSF), которая финансировала исследование. «Это исследование показывает, что пыль, переносимая в атмосфере по всему миру, является важным источником питательных веществ для растений во всех средах, даже если ее вклад не очевиден. Земля поддерживает свой баланс, часто удивительным образом».
Рибе видит связь между своим последним исследованием и пятилетним грантом NSF в размере 20 миллионов долларов, полученным UW в сентябре для использования в микробных исследованиях. Используя передовые методы, в том числе секвенирование ДНК и компьютерное моделирование, ученые надеются изучить распространение микробов и их экологические последствия, что поможет жителям Вайоминга решить множество проблем - от управления пастбищными угодьями, лесными и водными ресурсами до восстановления нарушенных территорий. за счет добычи полезных ископаемых, к повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
«Микробные сообщества в пыли из разных источников могут различаться», - говорит Рибе. «В рамках следующей программы Wyoming EPSCoR (Установленная программа стимулирования конкурентных исследований) мы можем попытаться понять, влияет ли пыль из отдаленных источников на микробиом Вайоминга. Это может быть пыль из Красной пустыни или Азии».