Что происходит с деревом, которое умирает в лесу?

Гниющие бревна жизненно важны для биоразнообразия лесов и переработки органических веществ.

Хотя никто из нас не слышит, когда в лесу падает старое дерево, бесчисленные существа замечают это. Спящие внутри дерева грибы пробуждаются, чтобы полакомиться им, и к ним присоединяются многие другие, выползающие на поверхность из почвы. Некоторые бактерии скользят по нитям грибов, чтобы проникнуть глубже в бревно. Термиты предупреждают своих товарищей по колонии, которые собираются толпой, чтобы поглотить древесину. Постепенно дерево разлагается, питая на этом пути новую жизнь.

Разложение древесины — одного из самых прочных органических материалов — легко описывать, но ученым еще многое предстоит узнать об этом жизненно важном экологическом процессе. Некоторые изучают механизмы, которые используют грибы и другие микробы для переваривания древесины, и способы, которыми животные применяют эти навыки для собственной выгоды. Другие подсчитывают роль мертвой древесины в переработке органического вещества и стабилизации глобального климата. То, что они узнают, начинает обнажать сложные взаимодействия, происходящие внутри погибших деревьев.

«То, что оно мертво, не означает, что оно не выполняет огромную функцию в экосистеме», — говорит экологиня Эми Занн из Института исследований экосистем Кэри в штате Нью-Йорк, США. Тем не менее, количество мертвой древесины сокращается в лесах по всему миру, а вместе с ним и ее важнейшая жизнетворная роль.

Когда деревья вдыхают углерод, часть его используется для создания сложных структурных молекул, таких как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. Целлюлоза — прочные, плотно упакованные нити простого сахара глюкозы — образует каркас дерева, окруженный проволочными нитями гемицеллюлозы. Бетоноподобный лигнин, самый прочный из трех, удерживает все вместе. Целлюлоза и лигнин в частности являются «невероятными эволюционными инновациями», как отмечает миколог Дэвид Хиббетт из Университета Кларка в Массачусетсе: «У них так много полезных свойств для клеточных стенок, и их очень трудно переваривать организмам».

Лишь некоторые группы микробов, такие как грибы семейства базидиомицетов, могут разрушать эти жесткие молекулы. Некоторые из них попадают на мертвую древесину через плавающие в воздухе или переносимые насекомыми споры, в то время как другие растут в ее сторону в виде ветвящихся нитей, называемых гифами. Некоторые даже находятся в состоянии покоя в живых деревьях, ожидая, когда те подвергнутся стрессу или умрут.

Такие грибы протягивают свои длинные гифы в отверстия в древесине — туннели насекомых или водотранспортную растительную ткань — или прокладывают собственные пути. Грибы белой гнили выделяют агрессивные ферменты, расщепляющие лигнин, чтобы добраться до других частей, оставляя после себя белую, волокнистую древесину, состоящую в основном из целлюлозы. Грибы бурой гнили оставляют лигнин в значительной степени нетронутым, но выделяют высокореактивные молекулы, которые расщепляют целлюлозу, оставляя после себя коричневый, рыхлый субстрат.

Грибы, вызывающие гниение древесины, могут быть на удивление территориальными. Если разрезать гнилое бревно, часто можно увидеть черные линии, проходящие через древесину. Это меланин — тот же пигмент, который темнеет в коже человека, — который грибы используют для защиты от других вторгающихся грибов. «Это области, где грибковые мицелии сталкиваются друг с другом и, по сути, сражаются за территорию», — говорит Дэвид Хиббетт.

Ученые долгое время считали, что насекомые играют относительно небольшую роль в разложении древесины, однако это не так, особенно в тропиках и субтропиках. Эти организмы ответственны примерно за треть разложения мертвой древесины во всем мире, согласно исследованию 2021 года, проведенному экологом Себастьяном Зайбольдом из Дрезденского технического университета Германии. К ним относятся древесные осы и различные мухи, долгоносики и другие жуки и, конечно же, термиты, эти необычные пожиратели древесины.

Такие насекомые ускоряют микробный распад, измельчая древесину до более мелких кусочков, а также переваривая часть самостоятельно. Мало кто мог бы сделать 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 свою мертвую древесину от других насекомых, говорит Ян Шоботник, эколог по термитам из Чешского университета естественных наук в Праге. Некоторые термиты «могут полностью съесть большое дерево за десятилетие», говорит он.

В таких экосистемах, как сухие австралийские саванны, некоторые термиты даже вторгаются в живые деревья, что является необычным шагом, поскольку живая ткань содержит отвратительные для них защитные соединения. Эти термиты вторгаются в корни, а затем проедают себе путь в мертвую сердцевину дерева, которая может содержать меньшее количество этих химикатов, поясняет Шоботник.

По данным исследования Эми Занн, отраженным в статье о мертвой древесине и углеродном цикле в «Ежегодном обзоре экологии, эволюции и систематики» за 2024 год, более тридцати процентов биомассы в таких саваннах потребляется термитами, которые выдалбливают стволы изнутри. Ученая отмечает: «Большая часть разложения в саванне на самом деле происходит, пока дерево еще живо».

Другие термиты приспособили грибы для разложения лигнина для них: они выращивают грибы так же, как люди-фермеры выращивают урожай. Например, в Африке и Азии некоторые виды собирают споры грибов белой гнили из окружающей среды и выращивают их на похожей на гребень структуре, построенной из мертвого растительного материала. Термиты ухаживают за гребнем, кормя его древесиной, которую они собирают, а затем едят смесь после того, как она разлагается грибами.

Формы жизни, питающиеся древесиной, питают другие живые существа в свою очередь. Многие виды жуков питаются спорами, мицелием или грибами, разлагающими древесину, в то время как некоторые муравьи специализируются на охоте и поедании термитов. Треть видов насекомых в лесу в той или иной степени зависят от мертвой древесины, и эти насекомые являются пищей для других беспозвоночных, а также птиц и летучих мышей. Гниющие бревна создают прекрасные места для роста саженцев деревьев, а также для гнезд и нор животных.

«Совершенно очевидно, — говорит Зайбольд, — что это тип среды обитания и ресурс, который нам необходим для поддержания этой части жизни на Земле».

Когда бревно исчезает, куда в конечном итоге уходит древесина? Древесные пожиратели используют часть углерода для получения энергии, выделяя углекислый газ (пукая метаном в случае термитов) в качестве отходов. Углерод также идет на строительство тел; некоторые термиты используют свои богатые лигнином фекалии для строительства гнезд и курганов. Когда эти структуры разлагаются, часть углерода выбрасывается в воздух, а часть остается на земле вместе с остатками древесины. В совокупности эти остатки становятся частью гумуса почвы, помогая удерживать воду и поддерживать микробов, беспозвоночных и корни, обитающих в почве.

Но мертвая древесина и биоразнообразие, связанное с ней, — резко сократились во многих лесах по всему миру. Лесные массивы были преобразованы в лесные плантации, где деревья заготавливаются до их естественной смерти; некоторые лесники удаляют мертвую древесину, чтобы уменьшить количество топлива для лесных пожаров. Бревна также могут удаляться из предположения, что они размножают насекомых-вредителей, которые нападают на живые деревья, но экологи говорят, что этот риск преувеличен. Мертвую древесину также сжигают в промышленных мусоросжигательных печах для производства биоэнергии.

Ученый по системе Земли Стивен Эллисон из Калифорнийского университета в Ирвайне считает, что, хотя большая часть углерода из мертвой древесины оказывается в воздухе, часть остается в почве более века: «Мертвая древесина — ваш настоящий друг. Вы хотите больше ее, и вы хотите, чтобы она оставалась дольше».

В последние годы политики в Европе и США начали поощрять сохранение сухостоя, например, планами лесоуправления, требующими, чтобы его не трогали. Однако в некоторых других частях мира это пока не так, особенно там, где не хватает осведомленности о его преимуществах. Хотя в последние годы растет понимание важной роли живых деревьев для здоровья и биоразнообразия планеты, мертвые деревья продать сложнее. Тем не менее, эти гниющие бревна жизненно важны для естественной цикличной экономики леса, в которой мертвое перерабатываются в живое.

Поддержать развитие блога можно на Boosty по ссылке.