Бурлящая жизнь в мёртвых деревьях

Гниющие брёвна, оказывается, играют важную роль в биологическом разнообразии леса и переработке органических веществ.

Хотя мало кто может услышать, как падает дерево в лесу, бесчисленные живые существа обращают на это событие своё внимание. Дремлющие в дереве грибки пробуждаются, чтобы полакомиться им, к ним присоединяются другие, пробирающиеся из почвы.

Бактерии скользят по нитям грибков, чтобы проникнуть глубже в бревно. Термиты предупреждают своих товарищей по колонии, которые массово собираются и пожирают древесину. С течением времени валежник разлагается, питая по пути новую жизнь.

Разложить древесину - один из самых твёрдых органических материалов - легче лёгкого, однако учёным ещё предстоит многое узнать об этом жизненно важном экологическом процессе. Некоторые исследователи изучают, как грибки и другие микробы переваривают древесину, а животные используют это умение в своих интересах.

Другие подсчитывают роль валежника в переработке органических веществ и стабилизации глобального климата. То, что они изучают, начинает обнажать сложные взаимодействия, происходящие внутри погибших деревьев.

«То, что дерево мертво, не означает, что оно не выполняет огромную функцию в экосистеме», - говорит эколог Эми Занн из Института изучения экосистем Кэри в штате Нью-Йорк. «Однако во многих лесных массивах по всему миру количество валежника сокращается, а вместе с ним и та жизненно важная роль, которую он играет».

Когда деревья поглощают углерод, часть его используется для создания сложных структурных молекул, таких как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин.

«Бетоноподобный» лигнин, самый прочный из трёх компонентов, удерживает все структуры вместе. Целлюлоза и лигнин, в частности, - это «невероятные эволюционные инновации», - говорит миколог Дэвид Хиббетт из Университета Кларка в Массачусетсе. «У них так много полезных свойств для клеточных стенок, и их очень трудно переварить организму».

Только определённые группы, например грибы из семейства базидиомицетов, способны расщеплять эти жёсткие молекулы. Некоторые из них попадают на валежник в виде плавающих или переносимых насекомыми спор, а другие растут на нём в виде ветвящихся нитей, состоящих из многих клеток или содержащих множество ядер и называемых гифами. Некоторые даже дремлют в живых деревьях, ожидая, когда они испытают стресс или умрут.

Такие грибы проникают своими длинными гифами в отверстия в древесине - туннели насекомых или водопроводящие ткани растений - или прокладывают собственные пути. Грибки белой гнили выделяют агрессивные ферменты, которые расщепляют лигнин, чтобы добраться до других компонентов, оставляя после себя белую, жилистую древесину, состоящую в основном из целлюлозы.

Грибки древесной гнили оставляют лигнин нетронутым, но выделяют высокореактивные молекулы, которые расщепляют целлюлозу, оставляя после себя коричневый рассыпчатый субстрат. Они могут быть очень территориальными. 

Если заглянуть внутрь гнилого бревна, то чаще всего можно увидеть чёрные линии, проходящие через древесину. Это меланин - тот же пигмент, который делает кожу человека темнее, - который грибки используют для защиты от других, вторгшихся грибков. «Это участки, где грибковые мицелии сталкиваются друг с другом и, по сути, борются за территорию», - говорит Хиббетт.

Исследователи долгое время считали, что насекомые играют лишь относительно небольшую роль в разложении древесины, но они являются основными игроками, особенно в тропиках и субтропиках, и отвечают примерно за треть разложения валежника во всём мире, согласно исследованию 2021 года, проведенному экологом Себастьяном Зайбольдом из Дрезденского технологического университета и его коллегами.

В число этих насекомых входят древесные осы и различные мухи, долгоносики и другие жуки и, конечно же, термиты, эти необыкновенные пожиратели древесины. Эти насекомые ускоряют микробное разложение, измельчая древесину на мелкие кусочки, а также переваривая некоторые из них сами.

Немногие из них могли бы делать это без микробов, разлагающих целлюлозу, живущих в их кишечнике, и никто не делает это так эффективно, как термиты. Эти насекомые образуют огромные колонии, которые яростно защищают свой валежник от других насекомых, говорит Ян Шоботник, эколог-термитолог из Чешского университета наук о жизни в Праге. Некоторые термиты «могут полностью съесть большое дерево в течение десяти лет», - говорит он.

В таких экосистемах, как сухие австралийские саванны, некоторые термиты даже вторгаются в живые деревья, что является необычным шагом, поскольку в живых тканях содержатся вредные защитные соединения. Эти термиты проникают в корни, а затем прогрызают себе путь в мёртвую древесину дерева, которая может содержать меньшее количество этих химических веществ.

«Большая часть разложения в саванне происходит ещё при жизни дерева», - говорит Занн, которая является соавтором статьи о валежнике и углеродном цикле в ежегодном обзоре экологии, эволюции и систематики за 2024 год..

Другие термиты используют грибки, чтобы те разлагали лигнин, и выращивают их так же, как люди выращивают сельскохозяйственные культуры. Например, в Африке и Азии некоторые термиты собирают споры грибов белой гнили из окружающей среды и выращивают их на гребенчатой структуре, построенной из мёртвого растительного материала.

Термиты ухаживают за «гребнем», кормят его собранной древесиной, а затем съедают смесь после того, как она разлагается грибками.

В свою очередь, древесные формы жизни питают другие живые существа. Многие виды жуков питаются спорами, мицелием или грибами дереворазрушающих грибов, а некоторые муравьи специализируются на охоте и поедании термитов.

По оценкам, треть видов насекомых в лесу так или иначе питается валежником, а эти насекомые служат пищей для других беспозвоночных, а также птиц и летучих мышей. Гниющие брёвна создают прекрасные места для роста саженцев деревьев, а также для гнёзд, нор и норок животных.

«Совершенно ясно, - говорит Сейболд, - что это тип среды обитания и ресурс, который необходим нам для поддержания этой части жизни на Земле».

Когда бревно исчезает, куда в конечном итоге девается древесина? Пожиратели древесины используют часть углерода для получения энергии, выбрасывая углекислый газ - и метан, в случае термитов, - в качестве продукта отходов.

Углерод также идёт на строительство: некоторые термиты используют свои фекалии, богатые лигнином, для строительства гнёзд и насыпей. Когда эти сооружения разлагаются, часть углерода выбрасывается в воздух, а часть остаётся на земле, вместе с остатками древесины. В совокупности эти остатки становятся частью гумуса почвы, помогая удерживать воду и поддерживать обитающих в почве микробов, беспозвоночных и корни растений.

Однако количество валежника и связанное с ним биоразнообразие во многих лесах мира сильно сократилось. Леса превратились в лесопосадки, где деревья заготавливаются до их естественной гибели; некоторые лесоводы также удаляют валежник, чтобы уменьшить количество топлива для лесных пожаров.

Брёвна также убирают, полагая, что в них размножаются насекомые-вредители, которые нападают на живые деревья, но экологи говорят, что этот риск преувеличен. Валежник также забирают, чтобы сжечь в промышленных мусоросжигательных печах для получения биоэнергии.

Учёный Стивен Эллисон из Калифорнийского университета в Ирвайне считает, что, хотя большая часть углерода, содержащегося в валежнике, попадает в воздух, часть остаётся в почве более чем на столетие. «Валежник - это ваш друг», - говорит он. «Вы точно хотите, чтобы его было больше, и чтобы он оставался здесь дольше».

Признаки перемен налицо. В последние годы политики в Европе и США начали поощрять сохранение валежника - например, в планах управления лесами содержится требование оставлять его в покое. В США валежник сейчас возвращается. Но в некоторых других частях света это пока не так, особенно там, где не хватает осведомлённости о его пользе.

И, возможно, это неудивительно. В то время как в последние годы растёт понимание важной роли живых деревьев для здоровья и биоразнообразия планеты, мёртвые деревья не становятся популярнее. Тем не менее, эти разлагающиеся брёвна важны для естественной круговой экономики леса, в которой мёртвые деревья перерабатываются для сотворения жизни.