25 лет назад Сюзан Симард, ныне профессор факультета лесного хозяйства университета Британской Колумбии, начала исследование взаимосвязей между деревьями в лесу. Тогда учёные только выяснили в лабораторных условиях, что корни одного саженца сосны могут передавать углерод в корни другого.
Чтобы узнать, общаются ли между собой деревья в настоящем лесу, Симард использовала углекислый газ с радиоактивным изотопным индикатором, который вводила в изолированное клеёнкой пространство вокруг саженцев японской берёзы, дугласовой пихты и туи. Через час после начала эксперимента счётчик Гейгера улавливал у пихты радиоактивные волны изотопа, введённого в пространство вокруг берёзы. Деревья через листья с помощью фотосинтеза поглощали углекислый газ, превращали его в сахара, транспортировали их в корни и передавали избыток другим деревьям. Таким образом было доказано, что разные виды деревьев взаимодействуют с помощью корневой системы.
В результате своих экспериментов Симард выяснила, что деревья разных видов через корни передают друг другу полезные вещества и различную информацию. Под землёй существует целый мир бесконечных биологических троп, которые соединяют деревья и позволяют им общаться между собой. Но также есть деревья, живущие «отдельно» от остальных. Например, берёза и пихта связываются друг с другом в подземной сети, а туя не связывается с другими породами.
Более чем за 25 лет исследований команда под руководством Сюзан Симард открыла множество алгоритмов, участвующих в организации работы экосистемы леса:
- Летом берёза передаёт больше углерода пихте, чем пихта берёзе, особенно если пихта находится в тени. Но когда берёза сбрасывает листву, пихта отправляет ей больше углерода. По словам Симард: «Оказалось, что эти два вида взаимозависимы как инь и ян».
- Также она выяснила, что деревья связываются не только посредством углерода, но и азота, фосфора, воды, защитных сигналов, аллелохимических веществ и гормонов — то есть разнообразными методами и с разными целями. Это делает лес устойчивым и помогает отразить природные опасности, например, нашествие короедов, и быстрее восстанавливаться после повреждения.
- В коммуникации между деревьями участвует мицелий — грибные корни, которые не только заражают и контролируют корни всех деревьев и растений, но и участвуют в обмене углеродом и питательными веществами в местах соприкосновения клеток корня и клеток гриба. Мицелий получает эти вещества, прорастая сквозь почву; его сеть настолько плотная, что может достигать в длину сотни километров даже на участке размером со ступню. Мицелий соединяет отдельные растения леса различных видов, образуя микоризные сети, как интернет соединяет между собой сервера и компьютеры.
- Как и все сети, микоризные сети имеют свои узлы или хабы. Симард с командой создали их карту, анализируя небольшие участки ДНК каждого дерева и каждого гриба на отдельном участке пихтового леса.
- Самые загруженные узлы называют центральными или материнскими деревьями, потому что они кормят молодые деревья, которые растут в подлеске.
- В одном лесу материнское дерево может быть связано с сотней других деревьев. С помощью изотопного индикатора исследователи узнали, что они отправляют свой избыточный углерод через сеть микоризы молодым деревьям подлеска, что увеличивает их выживаемость.
- Материнские деревья могут узнавать свои дочерние деревья. Они создают для них более обширную микоризную сеть, транспортируют им больше углерода и даже снижают рост своей корневой системы, чтобы предоставить свободное место своим детям.
Когда материнское дерево повреждено или умирает, оно делится информацией со следующими поколениями. Изотопный индикатор показал движения углерода и защитных сигналов от раненого дерева вниз по стволу в микоризную сеть и к своей рассаде, что повышает её устойчивость к будущим стрессам. Симард: «Деревья разговаривают. Благодаря двустороннему диалогу растёт способность к восстановлению во всём сообществе, как в наших социальных кругах, семьях».
Лес — это не просто набор деревьев, а сложная система узлов и сетей, которая объединяет деревья, позволяя им общаться, отвечать, адаптироваться. Устойчивость леса зависит от количества деревьев-узлов: чтобы лес мог самовосстанавливаться, допустимо вырубить не более одного-двух материнских деревьев.
На данный момент подход лесного хозяйства таков:
- вырубается 3,6% леса в год; согласно Симард, это в четыре раза больше допустимого.
- такой объём вырубки влияет на круговорот воды, вызывает снижение популяций живой природы и выброс парниковых газов обратно в атмосферу, отчего отмирает ещё больше деревьев.
- люди высаживают всего несколько видов деревьев, избавляясь от тополей и берёз, тем самым лишая леса сложной системы, делая их уязвимыми для инфекций и насекомых.
Благодаря взаимозависимости, сложные системы обладают высокой способностью к самовосстановлению. Опыты с частичной вырубкой, но сохранением деревьев-узлов и воссозданием разнообразия видов и генотипов показали, что микоризные сети восстанавливаются очень быстро. На основе опытов, Симард объясняет, как укрепить леса и помочь им справиться с изменениями климата:
- нужно сохранять реликтовые леса: они являются хранителями генов, материнских деревьев и микоризных сетей;
- вырубая деревья, следует сохранить материнские деревья и сети, чтобы они передавали информацию следующим поколениям деревьев;
- необходимо возвращать биологическое разнообразие, генотипы и структуры лесов, содействовать естественной регенерации.
Лес — это не просто набор соревнующихся друг с другом деревьев — это единый организм.
