Биоразнообразие почв холодных пустынь: Арктика, Антарктика и вечная мерзлота

Глобальное распространение и особенности холодных экосистем. Наиболее экстремально холодные условия на Земле формируются в регионах высоких широт и больших высот, включая полярные зоны и высокогорные районы. Эти обширные территории, занимающие значительную часть земной суши, характеризуются наличием тундры, обнаженных почв, скальных пород и устойчивых ледяных или снежных покровов. Растительные сообщества тундры, образованные лишайниками, мхами, травами и карликовыми кустарниками, адаптированы к низким годовым температурам, короткому вегетационному сезону, частым циклам замерзания-оттаивания и близкой вечной мерзлоте. Несмотря на суровость среды, данная экосистема служит критически важным местообитанием для специализированного сообщества почвенных организмов, находящегося под угрозой из-за быстрых изменений климата.

Рис. 3.41 иллюстрирует типичный ландшафт осенней тундры вблизи рудника Ред Дог Майн на Аляске, демонстрируя характерный растительный покров и рельеф. Данный визуальный пример подчеркивает уникальные черты этих хрупких экосистем, визуализируя условия, описанные в тексте.

Богатство жизни в арктической тундре. Растительность арктической тундры обладает относительно высокой продуктивностью, что обеспечивает значительное поступление органического вещества в почвенные пищевые сети. Как показано на Рис. 3.42, даже малоплодородные почвы, такие как сверхскоростной лептозоль, поддерживают жизнь, например, одного из самых выносливых растений — арктического мака (Papaver radicatum). Вследствие этого, несмотря на среднегодовые температуры ниже -10°C, почвы Арктики демонстрируют поразительное биологическое разнообразие, включающее сотни видов членистоногих и нематод. Однако локальное видовое богатство и плотность популяций, как правило, уступают почвам умеренного пояса, что подтверждается исследованиями в условиях высокой Арктики. Применение современных молекулярных методов непрерывно расширяет наши представления, указывая на то, что истинное разнообразие почвенной биоты значительно превышает данные традиционных учетов.

Рис. 3.42 наглядно демонстрирует способность жизни процветать в экстремальных условиях: арктический мак (Papaver radicatum) растет на сверхскоростном лептозоле в Северной Канаде. Этот пример подтверждает, что даже бедные почвы являются важнейшим компонентом земной среды и основой для пищевых сетей.

Микробные сообщества и суровость Антарктики. Исследования демонстрируют огромное разнообразие микробных сообществ в Арктике, где молекулярные методы выявляют множество новых, потенциально эндемичных организмов. Например, в почвах сибирской тундры с температурами ниже -40°C были идентифицированы десятки уникальных генетических последовательности, относящихся к группам протеобактерий и фибробактерий. В отличие от Арктики, континентальная Антарктида характеризуется более экстремальными условиями, что приводит к сокращению разнообразия наземных видов. Изоляция континента и повсеместное оледенение способствуют высокой степени эндемизма среди видов, переживших прошлые оледенения. Среднегодовые температуры здесь стабильно ниже 0°C, создавая одни из самых суровых почвенных условий на планете.

Уникальная биота антарктических почв. Климатические ограничения Антарктики очевидны на уровне высших растений, однако почвы континента поддерживают уникальную фауну. В ее состав входят не менее 225 видов клещей, 85 видов коллембол и 49 видов нематод, а также многочисленные тихоходки и коловратки. Микробные сообщества также отличаются высоким разнообразием и эндемизмом, о чем свидетельствуют исследования в районе острова Уиндмилл и Земли Виктория. Широко распространенные сообщества цианобактерий, например, 15 таксонов в Сиерра-Пойнт, играют ключевую роль в первичной продуктивности. Подобно экосистемам жарких пустынь, почвенные организмы в Антарктике распределены неравномерно, формируя биотические очаги под птичьими гнездами и в моховых подушках.

Экстремальный предел жизни: Сухие долины Мак-Мердо. Сухие долины Мак-Мердо в Антарктиде, представленные на Рис. 3.43, являются одной из самых негостеприимных для жизни сред на Земле. Для этого региона характерны среднегодовая температура около -20°C, минимальное количество осадков, высокие концентрации солей и частые циклы замерзания-оттаивания. На обширных засушливых территориях доминирует единственный вид нематод — Scottnema lindsayae, который часто представляет собой единственное крупное почвенное животное. Расчеты показывают, что на этот вид может приходиться до 6-7% оборота органического углерода, что подчеркивает его ключевую роль в экосистемных процессах, уязвимых к климатическим изменениям. В более увлажненных микроландшафтах разнообразие возрастает, включая такие роды нематод, как Plectus и Eudorylaimus.

Рис. 3.43 показывает вид на долину Райт в составе Сухих долин Мак-Мердо. На изображении видны озеро Ванда и река Оникс — самая большая река Антарктиды. Сухие почвы, доминирующие в кадре, являются характерным примером условий экстремальных полярных пустынь.

Скрытый мир и устойчивость жизни в вечной мерзлоте. Ключевой особенностью холодных сред является слой вечной мерзлоты — грунта, остающегося промерзшим в течение двух и более лет подряд. Этот слой, покрывающий обширные территории, создает экстремальные условия для жизни, включая физические нагрузки от циклов замерзания-оттаивания. Вопреки представлениям о стерильности, микробные сообщества вечной мерзлоты демонстрируют значительное разнообразие. Более 30 родов бактерий были выделены из арктической вечной мерзлоты на острове Элсмир, а около 50 штаммов обнаружено в образцах с Цинхай-Тибетского плато. Показательно, что некоторые из этих микроорганизмов сохраняют метаболическую активность при температурах до -39°C. Эти данные доказывают существование в полярных регионах устойчивых и уникальных сообществ с биоразнообразием, превосходящим первоначальные оценки, даже в самых экстремальных холодных пустынях планеты. Изучение этих организмов имеет важное значение для понимания пределов жизни и последствий таяния вечной мерзлоты.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.