Земните червеи успяват да усвоят мъртвите растителни вещества въпреки токсичната защита на растенията. Сега учените знаят как го правят.

Публикувано на 04.08.2015 г. от 11:00 ч

намерена

Червеите може да не са най-фотогеничните същества, но те са от съществено значение за нашата планета, каквато я познаваме. Чрез дъвчене на паднали листа и други мъртви растителни материали, те намаляват натрупванията на материя върху земята и връщат въглерода в земята, обогатявайки почвата.

Сега изследователи от Имперския колеж в Лондон са разбрали как червеите успяват да усвоят мъртвите растения въпреки токсичните химикали, които възпират повечето други тревопасни животни. Растенията произвеждат полифеноли, които действат като антиоксиданти и придават на растенията цвета им. Те също обикновено блокират храносмилането.

Учените идентифицираха молекули в червата на земния червей, които противодействат на естествената защита на растението. Молекулите, наречени дрилодефензини, позволяват на земния червей да изяде до една трета от телесното си тегло за един ден. Колкото повече полифеноли се откриват в диетата на земния червей, толкова повече дрилодефензини произвежда в червата си, установиха изследователите.

Докато земните червеи се заравят в земята, те ядат почва с уста, разположена в първия им сегмент. Те извличат хранителни вещества от разложените органични вещества, транспортирайки хранителни вещества и минерали отдолу до повърхността чрез отпадъците си - а тунелите им проветряват земята.

"Без дрилодефензини падналите листа щяха да останат на повърхността на земята за много дълго време, изграждайки се до дебел слой", заяви в прессъобщение Джейк Бънди от катедрата по хирургия и рак на Imperial. "Нашата провинция би била неразпознаваема и цялата система на въглероден цикъл ще бъде нарушена."

Толкова много дъвчене изисква много от храносмилателната молекула на земния червей. Мануел Либеке от Imperial College London изчислява, че за всеки човек на Земята има поне 1 кг (2,2 фунта) дрилодефензини, присъстващи в земните червеи на планетата. Дори с такова количество молекули, те все още са толкова търсени, че земните червеи рециклират молекулите, за да продължат да се смилат.

Изследователите идентифицираха ключа за храносмилането на червеите, като използваха съвременни техники за визуализация, базирани на масова спектрометрия. Мануел Либеке от Imperial College London обясни, че технологията е позволила на учените да вземат нула в биологията на животните, както никога досега.

"Сега сме в състояние да локализираме всяка молекула, например в земния червей, на определено място. Знаейки местоположението на молекулата, може да ни помогне да разберем какво всъщност прави", каза Либеке в прессъобщение.

Изследването е публикувано в днешното издание на Nature Communications.

Земните червеи може да изглеждат като скромни субекти, но те са източник на храна за много животни, като птици, плъхове и крастави жаби, и често се използват при компостиране и като стръв при търговски и любителски риболов.

Може би най-важното е, че те служат, по думите на Чарлз Дарвин, като „плугове на природата“.

Земните червеи в богата органична почва. Докато се заравят, червеите консумират почва, за да премахнат хранителните вещества от разлагащите се органични вещества като листа и корени.

Мистерията защо листата имат толкова различни форми е по-близо до решаването благодарение на нов математически модел, който разглежда проблема от гледна точка на листните вени. Тъй като растенията изсмукват повече от парниковите газове въглероден диоксид от всичко друго на планетата, разбирането на жилките на листата е важна част от борбата с глобалния пъзел за въглеродния бюджет.

„По целия свят листата изнасят много голямо количество въглерод от атмосферата всяка година“, каза Бен Блондър, докторант от университета в Аризона. Листата поглъщат повече от океаните и около 10 пъти повече от количеството, което хората влагат в атмосферата. "За да разберете въглеродния поток, трябва да разберете как работят листата, каза Блондър пред Discovery News." Но не всички листа работят по един и същ начин. "

По принцип има три неща в работата на едно листо: количеството въглерод, необходимо за неговото създаване, колко дълго живее листът и колко бързо или бавно обработва слънчевата светлина - или скоростта на фотосинтеза. Тези фактори се комбинират по различни начини в различни растения в различни среди, за да създадат невероятно разнообразие от форми и структури на листата. И вените са основата на всичко това. "Наистина изненадващото е, че тези неща са свързани помежду си по начини, които не се променят по целия свят", каза Блондер.

Blonder разработи математически модел, за да предскаже как листата балансират тези три фактора, за да обслужват най-добре растението, използвайки три свойства, наблюдавани във венозните мрежи на листата: плътност, разстояние между вените и броя на областите на по-малките вени, които приличат на капиляри при хората, посочени в този случай като цикли.

Плътността на вените е знак за това колко лист е инвестирал в мрежата. Разстоянието между вените е мярка за това колко добре вените поддържат листа, снабден с вода и хранителни вещества. Броят на бримките показва колко е устойчив един лист и е свързан с това колко дълго листът живее, тъй като контурите осигуряват начини за пренасочване на доставките в случай, че листът се повреди.

Вените ви разказват много за едно растение. Например, ако растението отвори порите на листата си, наречени устици, за да абсорбира повече въглероден диоксид за фотосинтеза, листът също губи много вода, за да се изпари. Това изисква много водопроводи в листата, за да тръби във водата. Това от своя страна означава много големи вени. Ако растението се нуждае от много вода през цялото време, то може да благоприятства определени геометрични разположения на жилките, което започва да предполага цялостни форми на листата. И така, вените - скелетът на листа - определят дали ще имате класическа форма на клен или върбообразна върба.

"Вените правят всякакви неща", каза Блондер. Те осигуряват структурна подкрепа, устояват на уврежданията, транспортират хранителни вещества и дори помагат да се изпратят химически сигнали до растението, подобно на нервите на животното. "Има компромиси за модели на листа", добави той. "Това, което успяхме да направим, е да синтезираме тези неща, така че всички те да имат смисъл в една голяма картина."

Блондър тества своя модел - прогнозиране на връзките между скоростите на фотосинтеза, продължителността на живота на листата, цената на въглерода и дори разходите за азот - върху над 2500 вида по целия свят. Проработи. Тогава той и асистенти на студентите Линдзи Паркър, Джаки Безинсън и Дейвид Калер тестваха 25 листа от кампуса на университета в Аризона. Първоначалните им резултати предполагат, че моделът работи в местен мащаб, въпреки че те разширяват тестовете си за изследване на листа от видове в биологичната лаборатория на Скалистите планини в Колорадо. Блондер и неговите ученици публикуваха работата си върху вените в списание Ecology Letters.

В крайна сметка доброто разбиране на листата ще се включи в климатичните модели. Това може да помогне не само за балансиране на въглеродния бюджет, но и за прогнозиране на скоростта на изпаряване и други въпроси, свързани с времето и климата, които силно зависят от растенията. "От фундаментално значение е да се разбере как растенията се отнасят към глобалните въглеродни цикли", каза Блондър.