Более высокое содержание углекислого газа уменьшает состав микроэлементов в травах, деревьях и водорослях, как следствие – животные не получают необходимого уровня питательных веществ. И как оказалось, больше всего от этого пострадали обычные кузнечики – согласно исследованию 2020 года, их численность за последние два десятилетия сократилась почти на треть (частично из-за дефицита в пище необходимых минералов).
Еды много, но она не полезная
Уровень углекислого газа в атмосфере сейчас самый высокий за всю историю человечества. Когда-то биологи считали, что это будет способствовать лучшим урожаям. Но после ряда экспериментов оказалось, что растения, подвергавшиеся большему воздействию углекислого газа, хотя и растут больше, но вмещают меньше питательных веществ – растительного белка, фосфора и других микроэлементов. Один анализ показал, что увеличение углекислого газа примерно на 200 ppm (долей на миллион) увеличило массу растений примерно на 18%, но снизило уровень азота, белка, цинка и железа.
Другое исследование указывает на то, что салат и помидоры могут быть более сладкими и вкусными благодаря добавлению богатых углеродом сахаров – но теряют примерно 10-20% белка, нитратов, магния, железа и цинка, которые они содержат в условиях с низким содержанием углерода. В среднем растения могут утратить около 8% собственного минерального состава в условиях повышенного содержания углекислого газа.
Ленивые устьица
Ученые еще точно не знают, как дополнительный углекислый газ приводит к изменениям во всех этих питательных веществах. Майкл Каспари, эколог из Университета Оклахомы в Нормане, изучавший влияние дефицита веществ на насекомых, предполагает, что это простая проблема соотношения: CO2 растет, но все остальное остается неизменным.
Возможно, этому способствуют изменения в работе устьиц – микроскопических отверстий в эпидермисе растений, через которые они поглощают углекислый газ для дальнейшего производства сахара и других веществ. Если в окружающей среде слишком много углекислого газа, растениям не нужно открывать устьица с обычной частотой и длительностью – то есть снижается уровень испарения. Меньшее количество жидкости движется вверх от корней и соответственно меньшее количество элементов (таких, как металлы из почвы) достигает листьев и стеблей.
Ученые также утверждают, что когда CO2 слишком много, растения менее эффективно поглощают минералы и другие элементы, поскольку корень, обычно втягивающий эти элементы, действует с меньшей мощностью.
Апокалипсис для насекомых
Льюис Зиска из Школы общественного здравоохранения Мейлмана Колумбийского университета проанализировал листья золототысячника – основного источника пищи для пчел, используя музейные образцы 1842 года (до начала промышленной революции – тогда, когда уровень СO2 составлял 280 ppm по сравнению с немного более чем 420 ppm сегодня). Оказалось, что содержание белка в пыльце, а значит и уровень питательных веществ, со временем уменьшилось примерно на треть.
Пчелы, к примеру, нуждаются не только в белке; им также нужны микроэлементы. Некоторые минералы, например натрий, более важны для животных (для нормальной работы мозга и мышц), чем для растений, отмечает Каспари. Многие растения выживут без йода, однако щитовидной железе животных никак без него.
Таким образом, снижение количества питательных веществ может повлиять на травоядных животных разными способами и может способствовать падению численности насекомых, которое иногда называют апокалипсисом для насекомых, говорит Эндрю Элмор, эколог из Университета Мэриленда:
«Когда насекомые испытывают пищевой стресс, они растут не так быстро, а значит, не так быстро достигают зрелости, не так быстро размножаются, и поэтому размер популяции может уменьшаться».
В 2020 году Каспари первым объединил проблему снижения уровня питательных веществ в растениях с заметным понижением популяции насекомых. Он сосредоточился на исследовании экосистемы высокотравных прерий на северо-востоке Канзаса и получил доступ к данным о популяции местных кузнечиков в течение трех десятилетий. С середины 1980-х по 2016 год биомасса растений значительно возрастала, однако популяция кузнечиков снижалась более чем на 2% ежегодно. И проблема «скрывалась» в траве — содержание нескольких элементов в ней (азот, фосфор, калий и натрий) — уменьшилось за тот же период времени.
Конечно, есть угроза и существам, которые находятся выше в пищевой цепи. Элис Бойл, эколог из Университета штата Канзас на Манхэттене, говорит, что ее еще не опубликованные данные из тех же прерий указывают на то, что популяция птиц тоже упала — с 65 видов в 1980 году до 20 в 2021-м. Виды могут вообще исчезнуть из прерии в течение следующих 100 лет, говорит она.
Источник: Arstechnica