Грибы не дают разрастаться «своим» деревьям

Почему джунгли такие разнообразные, выясняли ученые из Университета Висконсина (University of Wisconsin) в Милуоки.

Подземные садоводы

В почве, окружающей корни деревьев, где живут бактерии, грибы, беспозвоночные и позвоночные животные, и скрывается причина баланса. Вся почвенная биота вокруг дерева приспособлена именно к этому виду. Но среди почвенных обитателей помимо симбионтов, вступающих во взаимовыгодные отношения с высшими растениями, есть и вредители. Они-то и следят за порядком в лесу, препятствуя доминированию какого-то одного вида деревьев.

Скотт Мэнген и его коллеги создали экспериментальные площадки в тропическом лесу Панамы и в специальном теневом укрытии. Они выбрали несколько видов тропических деревьев (некоторые из них не имеют русских названий): бейлшмедия плакучая (Beilschmiedia pendula), бросимум напитковый (Brosimum alicastrum), Lacmellea panamensis, Eugenia nesiotica, тетрагастрис панамский (Tetragastris panamensis), воск окуба (Virola surinamensis), апейба шероватая (Apeiba aspera) и марупа (Simarouba amara).

В эксперименте ученые высаживали ростки деревьев каждого вида в горшки, заполненные смесью почвы с песком. В одном варианте почву, взятую из-под корней разных деревьев, стерилизовали, а в другом варианте помещали в горшки вместе со всей биотой. Через пять месяцев исследователи оценили биомассу деревьев.

Почвенная фауна не любит своих

Биологи обнаружили негативную связь растений с видоспецифичной почвенной биотой, и в четырех случаях из шести она оказалась статистически достоверной. В этих четырех случаях проростки хуже росли в почве, взятой из-под дерева своего вида, чем в почве, взятой из-под дерева другого вида. Если же почву предварительно стерилизовали, то никакой зависимости свой-чужой не наблюдалось. Это говорит об эффекте именно почвенной биоты, которая таким способом ограничивает размножение своего вида.

Затем оказалось, что сила этой негативной связи (то есть степень подавления своих проростков) коррелирует с плотностью роста деревьев на площадке в 50 га. То есть виды, у которых их почвенная биота ограничивала размножение, произрастали более редко, чем виды, у которых этот механизм работал слабо.

Подтверждение

На следующем этапе ученые провели полевой эксперимент в лесу, чтобы выяснить, подтвердится ли негативная обратная связь в естественных условиях, которые намного сложнее, чем в горшке, и включают множество других факторов. Ботаники выбрали пять видов деревьев, которые сильно различаются по плотности роста. Сеянцы каждого дерева растили в стерилизованной почве до одного месяца, а затем пересадили в смешанный лес.

Негативная обратная связь подтвердилась: проростки, высаженные вокруг дерева своего вида, росли хуже, чем высаженные вокруг чужого дерева. Подтвердилась и закономерность: три вида деревьев, обнаруживших негативную сильную обратную связь, росли в лесу с меньшей плотностью, чем другие два, у которых эта связь слабее.

Полученные экспериментально результаты биологи подтвердили на математической модели. Сосуществование разных видов было возможно только при учете негативной обратной связи. В других случаях какой-то один вид абсолютно доминировал.

Что касается наземных вредителей, то гусеницы поедали листья проростков вне зависимости от того, где те росли: рядом со своим или с чужим деревом. Так же, как и грибы, повреждающие листья. То есть в этом случае негативная обратная связь не работала.

О том, как вредители делают лес разнообразнее, можно прочитать в последнем выпуске Nature.