Ученые обнаружили, что кора деревьев работает как гигантский биохимический реактор, ежегодно перерабатывающий миллионы тонн атмосферных газов.
Выяснилось, что на поверхности стволов живут сообщества бактерий, которые превращают деревья из пассивных хранилищ углерода в активные фильтры для водорода и метана.
Деревьям обычно отводится роль складов углерода: они поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Однако роль самой поверхности дерева — коры — игнорировалась. Ученые рассматривали стволы лишь как пассивные трубы, через которые почвенные газы (например, метан из болот) поднимаются вверх и выбрасываются в атмосферу.
Общая площадь коры всех деревьев мира составляет примерно 143 миллиона квадратных километров, что сопоставимо с площадью всех континентов. Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, решили выяснить, играет ли эта значительная площадь какую-то роль в обороте парниковых газов планеты.
Ученые отправились в леса Австралии и закрепили на стволах деревьев герметичные камеры, подключенные к газоанализаторам. Они в реальном времени следили за изменением концентрации газов. Помимо этого, в лабораторию взяли образцы коры и поместили их в изолированные банки. Туда подавали метан, водород и угарный газ, наблюдая, как быстро микробы будут их поедать. Параллельно ученые вели генетический анализ, чтобы пересчитать «население» коры и найти у него гены, отвечающие за переработку этих веществ.
Анализ показал, что кора кишит жизнью: на одном квадратном метре обитает до шести триллионов бактерий. Это всего в четыре раза меньше, чем на таком же участке почвы, но в 200 раз больше, чем в воде в тех же лесах. Генетический анализ показал, что микробы на коре — не просто случайные подселенцы из почвы. Это специфическое, специализированное сообщество, отличное от того, что живет в земле или в воде рядом.
Микробное сообщество (на примере чайного дерева Melaleuca) состоит из представителей 10 бактериальных типов, но львиную долю занимают три семейства: Acidobacteriaceae (31,6% от общего населения микробиоты), любящие кислую среду, Mycobacteriaceae (17,4%), известные выносливостью и способностью разлагать сложные органические соединения, и Acetobacteraceae (5,9%) — уксуснокислые бактерии, часто участвующие в брожении. Самый массовый род, составляющий 23,2% сообщества, Terracidiphilus, обладает набором ферментов для питания водородом, угарным газом и метанолом.
Эксперименты показали, что микробы из коры активно поглощают метан. В заболоченных лесах, где деревья выкачивают метан из почвы, бактерии на коре успевают перехватить и окислить около трети объема этого парникового газа до того, как он попадет в воздух.
Но кора оказалась еще и потребителем водорода. Бактерии используют его как топливо. Сам по себе водород не парниковый газ, но он косвенно усиливает глобальное потепление. В атмосфере водород реагирует с гидроксильными радикалами (—OH), которые разрушают метан.
Если водорода в воздухе много, то с радикалами реагирует он, а не метан. В результате метан живет дольше, сильнее разогревая планету. Поедая водород, бактерии коры увеличивают количество радикалов и сокращают жизнь метана в атмосфере. По оценкам авторов научной работы, деревья удаляют до 1,6 миллиона тонн водорода в год.
Впрочем, у этого фильтра есть и обратная сторона. Как показали эксперименты, система работает только при наличии кислорода. Если кора намокает (например, в сезон дождей), микробы переключаются на анаэробный режим и сами начинают выделять метан и водород.
Деревья влияют на климат гораздо сложнее, чем просто «хранилища древесины». Их кора представляет собой гигантский биореактор, который модулирует состав атмосферы, и эффективность этого реактора напрямую зависит от микробных сообществ, живущих на поверхности стволов.
Автор: Максим Абдулаев