المخلوقات الصغيرة ، الأفعال الكبيرة: دور قواطع الأوراق في تأثير ظاهرة الاحتباس الحراري في البيوت الحديثة

ما هو المخلوق الذي يرتبط غالبًا بالثقافة الإنسانية من خلال العمل الجاد والتحمل والجماعية وحتى المسؤولية؟ إذا فكرت في النحل ، فأنت على صواب ، ولكن اليوم ليس عنهم. اليوم سوف نتحدث عن النمل ، وليس عن النمل "البسيط" ، ولكن عن قواطع الأوراق. لماذا قررنا فجأة التحدث عن بعض الحشرات؟ ليس هناك شيء أكثر أهمية. لا تتسرع في الاستنتاجات ، لأن هؤلاء المدربين الذين يعملون بجد لفائدة المستعمرة (دون الحقن في الوريد من القهوة) دون راحة تقريبًا يلعبون بأي حال من الأحوال الدور الأخير في تكوين النظام البيئي بأكمله. هذا ما يعنيه - صغير ، ولكن جريء.

وبشكل أكثر تحديدًا ، فإن قاطعات الأوراق ، كما وجد العلماء ، تنتج أكسيد النيتروز (أكسيد النيتريك) ، الذي يزيد حجمه بمقدار ثلاثة أضعاف عن الحجم الناتج عن خزان معالجة المياه العادمة. وبالتالي ، تلعب قاطعات الأوراق أحد الأدوار المركزية في آلية تأثير الاحتباس الحراري للمحاصيل الحديثة. كيف أجرى العلماء قياسات ، وما الذي تمكنوا بالضبط من اكتشافه ، وما الذي يقترحون فعله مع النمل الذي يقطع الأوراق؟ سوف نجد الإجابات في تقرير المجموعة البحثية. دعنا نذهب.

قليلا من علم الآلام

يعتبر النمل من أكثر العائلات تطوراً بين الحشرات. مستعمرتهم هي إحدى آليات المعيشة الكبيرة التي تعمل بدون أي أخطاء. في الوقت الحالي ، هناك ، للمرة الثانية ، حوالي 14000 نوع من النمل ، يعيش معظمها في المناطق المدارية.



إن أبطال دراسة اليوم ليسوا الأسرة بأكملها ، بل أنواع معينة من النمل: عطا وأكروميرمكس ، المعروفان بشكل أفضل تحت الاسم الشائع لمقطعي الأوراق. ربما تكون قد شاهدتهم على الأقل في فيلم وثائقي عن أمريكا الجنوبية. يتحدث اسم هذا النوع بشكل مباشر عن ميزاته الرئيسية ، على الأقل تلك التي يمكن رؤيتها على الفور للمراقب. تقطع قواطع الأوراق حرفيًا قطعًا من الأوراق بمساعدة الفكين العلويين (الفك السفلي / الفك السفلي) ونقلها إلى مستعمراتها. لكنهم لا يأكلون أوراق الشجر مباشرة ، فهم بحاجة إلى الزراعة. نعم ، هؤلاء العمال الصغار هم من كبار المزارعين.

في أعماق مستعمرتهم ، تحطّم قاطعات الأوراق الحدائق الفطرية التي تتغذى ، أي الأوراق الملقحة. النمل العامل الأكبر يلتقط أوراق الشجر ، ويمضغه النمل الأصغر ويحوله إلى سماد


مقطع صغير حول قواطع الأوراق.

تجدر الإشارة أيضًا إلى الميزة غير العادية لأحد الأنواع المدروسة ، Acromyrmex. هذه "النمل" مجهزة بغدة تنتج السر اللازم لوجود بكتريا Streptomyces. هناك حاجة إلى هذه البكتيريا من قبل النمل باعتباره "لقاح" ضد الآثار الضارة للفطريات Escovopsis ، والتي هي شكل من أشكال الأعشاب الطفيلية في مزرعة الفطر في عش النمل.


Streptomyces الملونة بشكل لا يصدق coelicolor.

تعتبر ميزات قطع الأوراق والزراعة في هذه الدراسة. بتعبير أدق ، قام الباحثون بتحليل هدر أدوات قطع الأوراق لتحديد طرق غير معروفة سابقًا لمعالجة النيتروجين ، مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من أكسيد النيتروز في الغلاف الجوي ، وهو جزء من غازات الدفيئة. تم تحليل النفايات من حيث التركيب الكيميائي والميكروبي.

إعداد الملاحظة

تم جمع عينات من البحوث في الغابات المطيرة في كوستاريكا (يطلق على الموقع الدقيق محطة بييرو البيولوجية ). السمة الرئيسية لهذه المنطقة هي الغابة المختلطة: جزء واحد (أساسي) هو الغابات التي لم يمسها الإنسان ، والثاني (الثانوي) هو غابة مزروعة حديثًا في موقع المراعي قبل 50 عامًا. يتراوح الارتفاع من 0 إلى 100 متر. يبلغ متوسط ​​درجة الحرارة السنوية حوالي 26 درجة مئوية ، ويبلغ متوسط ​​هطول الأمطار 3400 ملم تختلف الأحوال الجوية خلال العام من موسم الجفاف (من يناير إلى مارس) إلى الأمطار مع ذروة في سبتمبر وأكتوبر.


الصورة رقم 1

أخذت عينات من 22 مستعمرة من النمل من النوع عطا كولومبيا ، والتي كانت تقع على مساحة 4 كم ² ، مما يؤثر على كل من المنطقة الأولية والمنطقة الثانوية للغابة. سجل العلماء إحداثيات جميع نقاط جمع العينات لمزيد من التحليل لتوزيع الغازات عبر المنطقة المحيطة بالمستعمرات. أيضا ، تم إجراء قياسات لمنطقة المستعمرات ومكبات النفايات ، والتي وضعت فيها عدة أنابيب (قطرها 22 سم) على عمق 3 سم ، مغلقة على القمة مع أغطية PVC التهوية. تم ذلك قبل 10 دقائق من التقاط الصور. بعد ذلك ، تم قياس العمق الذي خرجت به الأنابيب بعد فترة اختبار معينة. وبالتالي كان من الممكن فهم معدل توليد النفايات.

كل 10 دقائق ، تم جمع العينات لمدة نصف ساعة ووضعها في 10 مل قوارير تم إجلاؤها مسبقًا.

تم إخضاع العينات لتحليل الغاز لوجود N ₂ O و CO ₂ و CH ₄ . لهذا ، تم استخدام جهاز كروماتوجراف غاز مع ميثان ، كاشف التقاط إلكتروني ، وكاشف تأين اللهب.

تم حفظ العينات (النفايات والتربة) عند 48 درجة مئوية لمدة 3 أيام وتحليلها لتحديد النشاط المحتمل لإنزيم نزع النتروجين.

نزع النتروجين * - تقليل النترات إلى النتريت ، ثم إلى أكاسيد غازية ونيتروجين جزيئي.

تم الجمع بين عينات من 10 مناطق السياج في واحدة ، والتي تم تقسيمها إلى قسامات. علاوة على ذلك ، على بعد 90 دقيقة بالسيارة ، تم حضنها مع أو بدون إضافة عينة من سطح أكوام القمامة.

قسامة * - تقاس بدقة جزء متعددة من العينة.

لتحديد الكتلة الحيوية الميكروبية ، تم أخذ 8 جرام من العينات قبل ساعة واحدة و 3 أيام من عملية تبخير الكلوروفورم. أثناء التحليل ، تم إيلاء اهتمام خاص لوجود الكربون العضوي والنيتروجين في العينات ، والذي ساعده محلل Shimadzu TOC-V CPN / TNM-1.



نتائج الملاحظة


الصورة رقم 2

تباينت انبعاثات أكسيد النيتروز من أكوام القمامة من نمل عطا كولومبيا إلى حد كبير: من 180 ملغم ن ₂ على م ^-2 س ^-1 إلى 89000 ميلي غرام ن ₂ على م ^-2 س ^-1 ( 2 أ ). هذه القياسات تتفق بشكل ممتاز مع الملاحظات في النظام البيئي الحقيقي ، أي في الطبيعة. وبالتالي ، فإن متوسط ​​قيمة الغاز المنتج هو 11200 ملغ ن ₂ على م ^-2 ساعة ^-1 .

م ^-2 ساعة ^-1 * - للمتر المربع في الساعة.

يوضح الشكل 2 (ب) مقارنة الجيل N ₂ O من أكوام النفايات من أدوات قطع الأوراق والهياكل البشرية المنشأ (المصممة أو التي يديرها البشر): البحيرات اللاهوائية ، ومحطات معالجة مياه الصرف ، إلخ. وكما توضح هذه المقارنة ، فإن قواطع الأوراق مع مهمة توليد N ₂ O تتعامل بشكل أفضل.

يختلف حجم الغاز الناتج عن أكوام القمامة اختلافًا كبيرًا عما لاحظه العلماء في الغابة الأولية والثانوية. عندما وصلت انبعاثات كومة القمامة إلى ذروتها في يونيو 2017 في بداية موسم الأمطار ، لم يختلف حجم أكسيد النيتروز من المستعمرة المجاورة بشكل كبير عن الغابات المحيطة (الأولية والثانوية) وبلغ حوالي 67 ملغ (الصور 1 ب و 2 أ ). كان حجم أكسيد النيتروز الذي أنتجته الغابة نفسها المحيطة بمستعمرة النمل 11 ملغ ن ₂ على م ^-2 س ^-1 ، وكان متوسط ​​المعدل السنوي عادة 2 ملغ فقط.

يلاحظ الباحثون أن النترجة ونزع النيتروجين ، وهما حساسان للغاية للضغط الجزئي للأكسجين وتزويد الركيزة ، هما أهم العمليات الميكروبية في إنتاج أكسيد النيتروز. لذلك ، ينبغي أن تحتوي بنية أكوام النفايات الموجودة في النمل على بعض الميزات التي تزيد من إنتاج أكسيد النيتروز.


الصورة رقم 3

وقد تم اكتشاف هذه الميزة ، وهي زيادة تركيز N ونسبة منخفضة من C: N (الكربون والنيتروجين) في القمامة التي تقع في المكب - 13.5 + 1 ( 3f ، 3e ). يجدر مقارنة هذا مع نسبة C: N في أنسجة الأوراق الخضراء (21 + 5) وأوراق الشجر الساقطة (32-42).

وهنا يساعد المنطق المعتاد في الاقتراب أكثر قليلاً من الحل: تغطي أوراق الشجر سطح الأرض في الغابة بالتساوي الكافي ، بينما يسحبه النمل إلى منطقة صغيرة واحدة ، مما يزيد من تركيز النفايات العضوية. وأظهر تحليل للبيانات أن تركيز النيتروجين في أكوام أعلى 5 مرات من القمامة في الغابة المحيطة. علاوة على ذلك ، فإن التركيز العالي بشكل لا يصدق لـ NH ₄ (500 مرة أعلى) وتركيز منخفض للغاية من NO3 ^- ( 3g ، 3h ) ، إلى جانب علامات نقص الأكسجين ، هي عوامل لنزع النتروجين ، وليس النترجة ، باعتبارها الآلية الرئيسية لإنتاج N ₂ O.

يتأكد أيضًا نقص الأكسجين ، أي نقص الأكسجين ، من ارتفاع تركيز الميثان (CH ₄ ) - من 0.01 إلى 250 ملغ من CH ₄ -C m-1 h-1. بالنظر إلى أن عملية الميثان عند درجة حموضة قدرها 5.5 ، كما هو الحال في أكوام القمامة ، تكون أقل فعالية بكثير من نزع النتروجين. هذا يشير إلى أن إمكانات الأكسدة من الأكسدة يمكن أن تقل بشكل كبير. بمقارنة النشاط المحتمل لإنزيم نزع النتروجين في أكوام وفي فضلات الغابات المحيطة ، وجد العلماء أنه في أكوام هذا الرقم أعلى 25 مرة ( ثلاثي الأبعاد ).

وبالتالي ، يمكننا أن نستنتج أن أكوام قواطع الأوراق هي "آلية" جيدة التنسيق لإنتاج ثاني أكسيد الكربون ، وأكسيد النيتروز وأكسيد النيتروز ، بسبب وجود عوامل معينة: كمية كبيرة من الكتلة الحيوية الميكروبية ، وتوافر الركيزة ، والظروف اللاأحيائية المثالية ، إلخ. الشيء الوحيد الذي لا يزال غير واضح هو الفرق في كمية N ₂ O المنتجة بين أكوام القمامة المختلفة. بمعنى آخر ، فإن العوامل المذكورة أعلاه لمدافن النفايات المختلفة متطابقة تقريبًا. يعتقد العلماء أن الاختلاف في مؤشر أكسيد النيتروز قد يعتمد على المزيد من العوامل الداخلية ، إذا جاز التعبير ، على الهيكل الفردي لأكوام القمامة: المناخ المحلي ، وتأثير الكائنات الحية الأخرى ، ونوعية العلف ، والتغيرات في الكتلة الحيوية الميكروبية ، وحالة المستعمرة (الأفراد) ، إلخ.


الصورة رقم 4

علاوة على ذلك ، وضع الباحثون المؤشرات التالية: حجم أكسيد النيتروز الناتج عن قاطعات الألواح ، مساحة أكوام القمامة ، كثافة أكوام القمامة في الغابات الأولية والثانوية ، وفي المناطق الحدودية. مزيج من هذه البيانات يجعل من الممكن أن نفهم كيف يؤثر إنتاج قاطعات أوراق أكسيد النيتروز على المستوى العالمي على الغلاف الجوي والنظام الإيكولوجي للمحاصيل الجديدة.

والآن بالنسبة للجزء المرح. يتم إنتاج ما يقرب من 0.01–0.35 كجم N ₂ ON لكل هكتار مربع سنويًا في كومة من قاطعات الأوراق بمتوسط ​​كثافة يبلغ 1.2 لكل هكتار. وهذا هو 200 ٪ من إنتاج أكسيد النيتروز بواسطة فضلات الغابة نفسها (الأولية).

يلاحظ الباحثون أن القفزات في إنتاج أكسيد النيتروز في الطبيعة تحدث بشكل دوري بسبب التغيرات المفاجئة في النظام البيئي (الظروف الجوية ، على سبيل المثال). ومع ذلك ، في أكوام قواطع الأوراق ، تظل درجة الحرارة مستقرة تمامًا على مدار العام. وتزداد الأمطار الغزيرة التي تضاف إلى ذلك المواد العضوية الرطبة المخصبة بالنيتروجين إلى أكوام مما يساهم في إنتاج كمية كبيرة من أكسيد النيتروز.

تلعب "هجرة" مستعمرات قطع الأوراق في الغابة دورًا كبيرًا أيضًا. بالانتقال إلى مكان جديد ، يترك النمل كلاً من المستعمرة وطمر النفايات ، والذي يتحلل خلال عام واحد. ومع ذلك ، حتى بعد هذا ، يبقى تركيز متزايد من النيتروجين في التربة. وهذا يشير إلى أنه حتى أكوام القمامة المهجورة تواصل توليد N ₂ O ، بالفعل دون مشاركة مضيفي النمل السابقين.

للتعرف أكثر تفصيلاً على الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بشدة أن تنظر في تقرير مجموعة الأبحاث وموادها الإضافية .

خاتمة

الاستنتاج الرئيسي لهذه الدراسة هو أن النشاط الحيوي لقاطعي الأوراق يلعب دورًا مهمًا في تكوين النظام البيئي للمنطقة بأكملها. مدافن تقطيع الأوراق هي هياكل فريدة ذات خصائص كيميائية غير عادية تساهم معًا في الإنتاج الضخم لـ N ₂ O.

يثبت العلماء مرة أخرى من خلال عملهم مدى تأثير الكائنات الحية الصغيرة على البيئة. كل شيء في الطبيعة مترابط. لكن في بعض الأحيان لا نفهم تمامًا كيف وأين يظهر هذا الاتصال وما يؤثر عليه. حسنًا ، بفضل هذه الدراسة ، نعرف أكثر قليلاً عن عالمنا الكبير والغامض.



شكرا للمشاهدة ، والبقاء فضولي ويكون الجميع عطلة نهاية الاسبوع ، يا رفاق.

شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ، خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1 جيجابت في الثانية من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 مراكز) 10GB DDR4 240GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية حتى الربيع مجانًا عند الدفع لمدة ستة أشهر ، يمكنك طلبها هنا .

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ لدينا فقط 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة الأمريكية! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟