Земля под ногами кажется неподвижной, но на самом деле она полна жизни и активности. Огромная часть этой скрытой работы связана с древним союзом растений и грибов, которому не меньше 450 миллионов лет.
Речь идет о микоризной сети — системе тончайших грибных нитей, которые взаимодействуют с растениями. Грибы помогают переносить питательные вещества из почвы, а взамен получают углерод, который растения производят во время фотосинтеза.
Эта связь имеет огромное значение. Около 70% всех видов растений зависят от микоризного симбиоза.
Теперь ученые впервые составили глобальную карту этой скрытой инфраструктуры. По их оценке, сеть арбускулярных микоризных грибов в почвах Земли может растягиваться примерно на 110 квадриллионов километров.
Для сравнения: этого хватило бы, чтобы почти миллиард раз преодолеть расстояние от Земли до Солнца.
Эволюционный эколог Джастин Стюарт из Общества защиты подземных сетей и Амстердамского свободного университета говорит, что значение и масштаб этих грибов трудно переоценить. По его словам, всего в одной чайной ложке почвы может находиться до 10 метров микоризной сети.
Такие грибные сети состоят из подземных нитей — гиф. Они проходят под лесами и другими растительными сообществами и часто помогают им процветать.
Грибы доставляют растениям воду и питательные вещества, например фосфор, до которых корни сами обычно не добираются. В обмен растения передают грибам углерод.
Из-за этого подземную грибную сеть иногда называют «лесным интернетом». Она играет важную роль в углеродном цикле планеты. Но до сих пор было сложно понять, насколько велика эта система и какую роль она действительно выполняет.
Чтобы оценить масштаб, ученые собрали данные из 322 исследований. В них вошли более 16 000 образцов почвы из девяти разных биомов по всему миру. Эти данные включали более 4 000 измерений плотности грибных нитей.
Затем исследователи использовали машинное обучение, чтобы предсказать плотность таких сетей в местах, где прямых измерений не было. А роботизированная съемка помогла измерить толщину более 300 000 живых грибных нитей и перевести их общую длину в биомассу.
Результаты оказались огромными. По оценке ученых, только в верхних 15 сантиметрах почвы находится около 110 квадриллионов километров гиф арбускулярных микоризных грибов.
Эта сеть может весить примерно 300 миллионов тонн. Это в четыре-шесть раз больше общей живой биомассы всех людей. Через нее каждый год из растений в подземные экосистемы может проходить около 4 миллиардов тонн углекислого газа в эквиваленте.
Но самое неожиданное оказалось не в размере, а в том, где такие сети наиболее плотные.
Ученые ожидали увидеть особенно сильную концентрацию в тропических лесах. Однако самые плотные грибные сети нашли в травянистых экосистемах: на лугах, в прериях, степях и водно-болотных угодьях. По оценке исследователей, около 40% всей биомассы этих грибов сосредоточено именно там.
Вероятно, причина в том, что травянистые растения, например злаки, передают микоризным грибам больше углерода, чем древесные растения.
Более тревожный результат связан с сельскохозяйственными землями. В обработанных пахотных почвах плотность грибных сетей в среднем была на 47% ниже.
Ученые связывают это с использованием удобрений, включая фосфор и азот, а также фунгицидов и сельскохозяйственных практик, которые ограничивают присутствие грибов. В долгосрочной перспективе это может снизить способность почвы хранить углерод и переносить питательные вещества.
При этом многое еще остается неизвестным. Огромные регионы мира изучены плохо, включая пустыни, тропические леса и тундру. Кроме того, большинство измерений проводили в самых верхних слоях почвы, а о более глубоких слоях известно гораздо меньше.
Тем не менее это самая полная на сегодня карта скрытой грибной сети Земли. Она показывает, насколько активна жизнь под нашими ногами — и как много о ней еще предстоит узнать.
Миколог Мерлин Шелдрейк из Общества защиты подземных сетей и Амстердамского свободного университета отметил, что микоризные грибы формировали жизнь на Земле сотни миллионов лет. Но ученые до сих пор слишком мало знают о том, как эта живая транспортная система распределена по планете.
По его словам, новое исследование — важный шаг к пониманию того, как работает эта «планетарная кровеносная система». Оно также может подсказать, как лучше работать с грибами при решении крупных проблем — от продовольственной безопасности до изменения климата.
Исследование опубликовано в журнале Science.
