Световое загрязнение нарушает циркадные ритмы и экосистемы по всему миру, но для растений, нуждающихся в свете для фотосинтеза, его последствия могут быть очень серьезными. Теперь ученые обнаружили, что воздействие высокого уровня искусственного света в ночное время приводит к тому, что листья деревьев становятся более жесткими и трудными для поедания насекомыми, что угрожает городским пищевым цепочкам. Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Plant Science.
«Мы заметили, что, по сравнению с естественными экосистемами, листья деревьев в большинстве городских экосистем обычно не имеют признаков повреждения насекомыми. Нам было интересно узнать, почему, — говорит автор исследования доктор Шуан Чжан из Китайской академии наук. — Мы обнаружили, что у двух наиболее распространенных видов деревьев в Пекине искусственное освещение в ночное время привело к повышению прочности листьев».
Искусственное освещение повышает уровень освещенности в ночное время почти на 10%. Большая часть населения Земли испытывает световое загрязнение каждую ночь. Поскольку свойства растений влияют на их взаимодействие с другими растениями, насекомыми и животными, любые изменения, вызванные искусственным светом, могут оказать значительное влияние на экосистему.
«Листья, не поврежденные насекомыми, могут радовать людей, но не насекомых, — говорит Чжан. — Травоядность — это естественный процесс, который обеспечивает биоразнообразие». Ученые предположили, что при высоком уровне искусственного освещения растения сосредоточатся на защите, а не на росте, и будут формировать более жесткие листья с большим количеством химических защитных соединений. Чтобы проверить это, они выбрали два распространенных вида уличных деревьев: деревья японской пагоды и зеленый ясень. Хотя эти деревья во многом похожи, у японской пагоды более мелкие и мягкие листья, которые предпочитают травоядные.
Ученые определили 30 мест для отбора проб, расположенных на расстоянии примерно 100 метров на крупных дорогах, которые обычно освещаются всю ночь. Чтобы определить уровень воздействия уличных фонарей, они измерили интенсивность освещения в каждом месте. Было собрано почти 5,5 тыс. листьев, которые оценивались на предмет поражения травоядными насекомыми и признаков, на которые может повлиять искусственное освещение, таких как размер, жесткость, содержание воды, уровень питательных веществ и защитных химических соединений.
Более крупные листья указывают на то, что ресурсы направляются на рост, в то время как жесткость и более высокий уровень защитных веществ, таких как танины, указывают на то, что ресурсы направляются на защиту дерева. Между тем, более высокий уровень воды и питательных веществ указывает на более качественное питание растения, что привлекает насекомых.
Для обоих видов деревьев более высокий уровень искусственного освещения оказался причиной более жестких листьев. Чем жестче листья, тем меньше следов травоядных насекомых. Чем интенсивнее был свет, тем чаще ученые встречали листья, на которых вообще не было признаков поражения.
«Механизм, лежащий в основе этой закономерности, еще не до конца понятен, — говорит Чжан. — Возможно, деревья, подвергающиеся воздействию искусственного света в ночное время, увеличивают продолжительность фотосинтеза. Кроме того, такие листья могут выделять больше ресурсов на структурные соединения, такие как волокна, что может привести к увеличению прочности листьев».
Деревья японской пагоды, подвергавшиеся большему воздействию искусственного освещения, имели более низкий уровень питательных веществ, таких как фосфор. Там, где листья японской пагоды имели больше питательных веществ, поражение насекомыми было больше. А вот на листья зеленого ясеня более значительное влияние оказал повышенный уровень освещенности. В них было больше азота, листья были меньше, а химические защитные свойства — ниже.
Это может быть связано с тем, что зеленые ясени менее предпочтительны для травоядных, поэтому они могут позволить себе направить ресурсы на рост. В то же время деревья японской пагоды тратят больше ресурсов на защиту, что снижает содержание питательных веществ в их листьях.
«Снижение уровня поражения насекомыми может привести к трофическим каскадным эффектам в экологии, — говорит Чжан. — Оно означает снижение численности травоядных насекомых, что в свою очередь может привести к снижению численности хищных насекомых, насекомоядных птиц и так далее. Сокращение численности насекомых — это глобальная тенденция, наблюдаемая в последние десятилетия. Мы должны уделять больше внимания этой проблеме».
Хотя жесткость листьев — это способ защиты растений, возможно, снижению интенсивности поражения насекомыми способствуют и другие факторы. Например, больше света может сделать насекомых более заметными для их естественных врагов. Для полного понимания влияния искусственного света потребуются дальнейшие исследования.
«Наше исследование проводилось только в одном городе и включало всего два вида деревьев, — предупреждает Чжан. — Это ограничение мешает нам обобщить выводы на более широкие пространственные и таксономические масштабы. Исследования того, как урбанизация влияет на насекомых и связанные с ними экологические процессы, все еще находятся в зачаточном состоянии».
Стартапы экспериментируютс массивными промышленными системами для отвода загрязняющих веществ из воздуха, строительство которых обходится в сотни миллионов долларов. Это заставило некоторых основателей задуматься, почему бы не использовать растения для выполнения тяжелой работы. Джейсон Арамбур и Морган Уильямс решили использовать метод, способный удерживать до 2 млрд тонн углерода ежегодно.
