По мере потепления климата и учащения региональных засух, торфяники – одни из важнейших планетарных хранилищ углерода – оказываются под угрозой. Однако международное исследование с участием ученых из Бристольского университета показало, что у экосистем торфяников может существовать естественная защита. Ее обеспечивает совместная работа меняющейся растительности и микроорганизмов.

Работа, опубликованная в журнале Nature Communications, доказывает: в прошлые засушливые периоды рост древесных растений на субтропическом торфянике в Китае улучшал качество органического вещества и подавлял активность микробов, разлагающих торф. Это сотрудничество растений и микроорганизмов помогало защитить запасы углерода именно тогда, когда они могли бы улетучиться в атмосферу.

Древесные растения не просто выживали в засушливом климате – они помогали строить устойчивость, – говорит ведущий автор работы, старший научный сотрудник Бристольского университета доктор Имин Чжан. – Их остатки делали торф более устойчивым к химическому разложению, и в ответ микробы меняли свой метаболизм, снижая скорость потерь углерода. Это удивительная естественная обратная связь, которую мы раньше полностью не осознавали.

Команда реконструировала экологические изменения за последние 14 000 лет на торфянике Чжаогунтин на юге Китая. Для этого использовали комплекс методов:

• анализ растительных макрофоссилий (видимых остатков древних растений),
• изучение микробных липидных биомаркеров (своеобразных «химических отпечатков» микробов),
• изотопный анализ углерода и водорода в отдельных соединениях.

Исследователи обнаружили, что в период засухи в середине голоцена, 8000–6000 лет назад, произошло быстрое распространение древесных растений. Они заместили травы, но продолжали сосуществовать со мхами. Эта смена растительности изменила состав органического вещества торфа. Углеводов стало меньше, а ароматических соединений – больше. В результате сформировался более стабильный, трудноразлагаемый углеродный резервуар.

В ответ микробные сообщества показали признаки подавленной гетеротрофной активности (когда организмы питаются готовой органикой) и, возможно, перешли к более автотрофным способам метаболизма (когда организмы сами создают органические вещества). Совокупность этих изменений привела к впечатляющему пику накопления углерода во время засушливого периода – скорость накопления была почти в три раза выше, чем в другие периоды.

Растительность торфяников очень чувствительна к изменению климата. Эта работа показывает, как это может сильно влиять на состав органического вещества и его реакционную способность. То есть, мы видим всю сложность положительных и отрицательных обратных связей между изменением климата, реакцией экосистем и круговоротом углерода, – отмечает соавтор работы, профессор биохимии из Бристольского университета Рич Панкост.

Биогеохимик из Эксетерского университета, профессор Анджела Гальего-Сала добавляет:

Мы знаем, что торфяники – устойчивые экосистемы, существующие тысячелетиями, с уникальными встроенными гидро-экологическими обратными связями. Но это исследование представляет доказательства нового, ранее неизвестного процесса, который защищает торфяники в более теплых и сухих условиях. Это имеет важные последствия для судьбы торфяников в условиях нынешнего изменения климата.

Однако в исследовании также подчеркивается, что у этой защитной обратной связи «растения–микробы», вероятно, есть пределы.

Расширение площадей под древесными растениями не бесконечно увеличивает запасы углерода, – поясняет доктор Чжан. – Существуют экологические пороги, за которыми торфяники могут превратиться в принципиально иные экосистемы, что потенциально спровоцирует новую потерю углерода.

Чтобы лучше понять, как экосистемы торфяников реагируют на изменения, вызванные климатом, особенно в тропиках и на деградированных ландшафтах, необходимы дальнейшие исследования. Этим, в частности, занимается команда CERES под руководством профессора Рича Панкоста, изучая микробные процессы и круговорот углерода в этих уязвимых системах.

Польза этого исследования носит фундаментальный и прикладной характер.

• Во-первых, оно открывает новый механизм естественной устойчивости торфяников, который необходимо учитывать в глобальных климатических моделях. Сейчас прогнозы часто рассматривают торфяники как пассивные резервуары, которые при высыхании просто начинают выделять углерод. Эта работа показывает, что экосистема может какое-то время активно сопротивляться, адаптируясь.
• Во-вторых, понимание «порогов устойчивости» критически важно для природоохранной практики. Зная, при какой степени осушения или замещения растительности защитный механизм ломается, мы можем разрабатывать целевые стратегии управления водным режимом и восстановления растительного покрова для конкретных торфяников. Это не панацея, но важный инструмент в борьбе за сохранение этих ключевых экосистем.

Основное замечание связано с масштабом экстраполяции. Исследование выполнено блестяще для одного конкретного субтропического торфяника в Китае за определенный исторический период. Однако торфяники крайне разнообразны (верховые, низинные, бореальные, тропические), и их реакция на стресс может сильно различаться. Механизм с замещением трав древесными растениями в условиях умеренного или бореального пояса может быть невозможен или протекать иначе. Авторы осторожны в выводах, но риск переноса этой красивой модели на все торфяники мира без дополнительных проверок остается. Требуются аналогичные палеоэкологические реконструкции для других типов торфяников, чтобы подтвердить универсальность или, наоборот, специфичность открытого механизма.

Ранее ученые пришли к выводу, что болота перестали спасать планету.