Смерть экосистем: что чувствует планета, когда вымирают виды?

Но сегодня этот сейф дал трещину. Арктика нагревается в 3,7–4 раза быстрее, чем остальная планета. По мере того как вечная мерзлота оттаивает (процесс, известный как термокарст), она пробуждает от тысячелетнего криогенного сна миллиарды бактерий. Оказавшись в тепле и получив доступ к колоссальным запасам оттаявшей органики, бактерии начинают пиршество. Процесс их жизнедеятельности (клеточное дыхание) приводит к выбросу в атмосферу гигантских объемов углекислого газа. А в заболоченных, лишенных кислорода низинах оттаивающей тундры работают другие бактерии – метаногены. Они выделяют метан (CH₄) – парниковый газ, который в 27–30 раз мощнее CO₂ удерживает тепло в атмосфере на столетнем отрезке времени.

В климатологии долгое время обсуждалась пугающая концепция «метановой бомбы» – гипотеза о том, что таяние мерзлоты вызовет мгновенный, взрывной выброс парниковых газов, который мы уже не сможем остановить. Хотя современные модели показывают, что выброс будет скорее не мгновенным взрывом, а медленным, но неумолимым удушающим процессом, цифры все равно поражают. Ожидается, что к середине XXI века эмиссия метана только из деградирующей мерзлоты Сибири может достичь 20 миллионов тонн в год.

Это классический пример катастрофической положительной обратной связи, о которой мы говорили во введении: потепление заставляет мерзлоту таять, тающая мерзлота выделяет метан и углерод, которые, в свою очередь, еще сильнее разогревают атмосферу, заставляя таять еще больше мерзлоты. Земля теряет свой гомеостаз. Почва из главного защитника климата (поглотителя) стремительно превращается в его главного разрушителя (источник эмиссии). И этот процесс происходит прямо сейчас, под нашими ногами, в абсолютной тишине.

Микориза и симбиоз: как грибы, бактерии и корни растений общаются и распределяют ресурсы

Если почва – это резервуар и фундамент, то как именно растения с ней взаимодействуют? Долгое время ботаника рассматривала деревья и травы как убежденных индивидуалистов, которые ведут жестокую, бескомпромиссную борьбу друг с другом за каждую каплю воды и каждый квант света. Однако, когда ученые вооружились современными методами генетического анализа и радиоизотопными метками, они с изумлением обнаружили под землей совершенно иную реальность. Оказалось, что лес – это не скопление одиноких деревьев. Это единый, гигантский суперорганизм, связанный сетью, которую экологи в шутку прозвали «Wood Wide Web» (лесной интернет). И главным провайдером этой сети выступают микоризные грибы.

Слово «микориза» буквально переводится как «грибокорень». Около 90% всех наземных видов растений состоят в тесном симбиозе с почвенными грибами. То, что мы привыкли называть грибом (боровик, сыроежка или подосиновик), – это лишь плодовое тело, «яблоко» на огромной невидимой яблоне. Само «дерево» – мицелий или грибница – представляет собой паутину из миллиардов тончайших, микроскопических нитей (гиф), пронизывающих почву на многие километры.

В чем суть этой сделки, заключенной эволюцией миллионы лет назад? Корни растений, какими бы мощными они ни казались, довольно неуклюжи. Они не могут проникнуть в микроскопические поры почвы. Кроме того, как мы помним из описания кровеносной системы Земли (глава 1), важнейшие элементы – азот и фосфор – часто находятся в почве в недоступной, связанной форме. Грибы же – непревзойденные химики и рудокопы. Их нити в десятки раз тоньше корневых волосков. Они выделяют специальные ферменты и кислоты, которые буквально растворяют минералы и горные породы, высвобождая драгоценный фосфор, азот и цинк. Грибы всасывают эти элементы и воду, а затем транспортируют их прямо внутрь корней растений. Взамен растения, являясь фабриками фотосинтеза, расплачиваются с грибами углеводами (сахарами), которые грибница не может произвести самостоятельно в темноте подземелья. До 30% всего сахара, который производит дерево, уходит в почву на прокорм его грибным партнерам.

Но самое поразительное заключается не в самом факте обмена, а в том, как эта сеть объединяет лес. Гифы одного гриба могут проникать в корни десятков деревьев разных видов. Подземная архитектура стирает видовые границы. Исследования показали, что взрослые, сильные деревья (так называемые материнские деревья), чьи кроны возвышаются над лесом и купаются в солнечном свете, используют грибницу, чтобы перекачивать излишки своих питательных веществ и воду молодым саженцам, которым не хватает света в тени подлеска. Более того, через этот «подземный интернет» передаются химические сигналы тревоги. Если на дуб нападает стая гусениц, он отправляет через микоризную сеть химический сигнал. Соседние деревья, получив сообщение, немедленно начинают вырабатывать в своих листьях горькие танины, делая их несъедобными для вредителей еще до того, как гусеницы до них доберутся.

Эта микоризная симбиотическая сеть – клей, который удерживает архитектуру экосистемы. Грибница не только питает лес, она физически скрепляет почву, выделяя специфический белок гломалин. Гломалин действует как экологический клей, связывая частицы почвы в комочки. Это предотвращает эрозию, позволяет земле удерживать воду и запирает внутри нее огромные запасы углерода, не давая ему улетучиться в атмосферу. Без этого невидимого фундамента жизнь на суше в ее нынешнем многообразии была бы физически невозможна.

Разрушение почвы: что происходит под землей при деградации экосистем

Мы привыкли воспринимать вымирание видов и разрушение природы исключительно по тому, что происходит у нас перед глазами, на поверхности земли. Когда вырубают лес или распахивают степь, мы видим исчезновение деревьев, птиц и крупных животных. Однако самая масштабная, самая тихая и, возможно, самая фатальная катастрофа разворачивается там, куда не проникает солнечный свет – в почве. Подземный космос, лишенный своей наземной «кроны», начинает стремительно деградировать и умирать.

Чтобы понять механику этого распада, нужно осознать жесткое правило биосферы: надземный и подземный миры – это не две разные системы, а единый неразрывный организм, зеркально отражающий друг друга. Как только на поверхности сокращается видовое разнообразие растений, под землей мгновенно запускается разрушительный эффект домино.

Долгие годы в экологии господствовало убеждение, что исчезновение редких, так называемых субдоминантных видов трав на лугах или подлеска в лесу не играет критической роли. Казалось бы, если исчезнет десяток неприметных видов луговых цветов, но останутся главные, доминирующие злаки, система устоит. Но новейшие многолетние эксперименты на богатых видами влажных лугах Европы опровергли это опасное заблуждение.

Ученые искусственно удаляли из растительного сообщества редкие и подчиненные виды, оставляя только доминанты, чтобы проследить за изменениями под землей. Оказалось, что такое на первый взгляд незначительное «упрощение» флоры радикально нарушает сезонную динамику роста корней. В здоровой, многовидовой экосистеме корни разных растений растут и отмирают в разное время, непрерывно поставляя в почву органику и поддерживая микробную жизнь круглый год. Когда разнообразие падает, подземный метаболизм начинает «заикаться». Сокращается общая масса корней, снижается активность почвенных микроорганизмов, и экосистема катастрофически теряет способность удерживать углерод. Потеря надземного разнообразия буквально лишает подземный мир кормовой базы.