Pequenas criaturas, grandes feitos: o papel dos cortadores de folhas no efeito estufa dos neotrópicos

Qual criatura é frequentemente associada à cultura humana com trabalho duro, resistência, coletividade e até responsabilidade? Se você pensou em abelhas, então você está certo, mas hoje não é sobre elas. Hoje falaremos sobre formigas, e não sobre "simples", mas sobre cortadores de folhas. Por que de repente decidimos conversar sobre alguns insetos? Não há algo mais importante. Não se apresse nas conclusões, porque esses pequenos viciados em trabalho que trabalham diligentemente em benefício da colônia (sem injeção intravenosa de café) com quase nenhum descanso desempenham de modo algum o último papel na formação de todo o ecossistema. É isso que significa - pequeno, mas ousado.

Mais especificamente, os cortadores de folhas, como descobriram os cientistas, produzem N ₂ O (óxido nítrico), cujo volume é três ordens de magnitude maior que o gerado pelo tanque de tratamento de águas residuais. Assim, os cortadores de folhas desempenham um dos papéis centrais no mecanismo do efeito estufa dos neotrópicos. Como os cientistas realizaram medições, o que exatamente eles descobriram e o que eles propõem fazer com as formigas cortadeiras? Encontraremos as respostas no relatório do grupo de pesquisa. Vamos lá

Um pouco de mirmecologia

As formigas são consideradas uma das famílias mais desenvolvidas entre os insetos. Sua colônia é um grande mecanismo vivo que funciona praticamente sem falhas. No momento, existem, por um segundo, cerca de 14.000 espécies de formigas, a maioria das quais vive em regiões tropicais.



Os heróis do estudo de hoje não são a família inteira, mas certos tipos de formigas: Atta e Acromyrmex, que são mais conhecidos sob o nome comum de cortadores de folhas. Você provavelmente os viu pelo menos em algum documentário sobre a América do Sul. O nome dessa espécie fala diretamente o suficiente sobre suas principais características, pelo menos aquelas que são imediatamente visíveis ao observador. Os cortadores de folhas cortam literalmente pedaços de folhas com a ajuda de seus poderosos maxilares superiores (mandíbulas / mandíbulas) e os transferem para sua colônia. Mas eles não comem folhagem diretamente, precisam dela para a agricultura. Sim, esses pequenos trabalhadores esforçados são grandes agricultores.

Nas profundezas de sua colônia, os cortadores de folhas esmagam jardins de fungos que nutrem, isto é, fertilizam com folhas mastigadas. As formigas operárias maiores colhem a folhagem, e as formigas menores a mastigam e a compostam.


Um pequeno clipe sobre cortadores de folhas.

Também é digno de nota a característica incomum de uma das espécies estudadas, Acromyrmex. Essas formigas são "equipadas" com uma glândula que produz o segredo necessário para a existência da bactéria Streptomyces. Essa bactéria é necessária pelas formigas como uma "vacina" contra os efeitos nocivos dos fungos Escovopsis, que são uma forma de erva parasita em uma fazenda de cogumelos em um formigueiro.


Streptomyces incrivelmente colorido coelicolor.

Características de corte e cultivo de folhas são consideradas neste estudo. Mais precisamente, os pesquisadores analisaram o desperdício de cortadores de folhas para identificar formas anteriormente desconhecidas de processar N, o que leva à liberação de um grande volume de N ₂ O na atmosfera, que faz parte dos gases de efeito estufa. Os resíduos foram analisados ​​em termos de composição química e microbiana.

Preparação para observação

As amostras para o estudo foram coletadas nas florestas tropicais da Costa Rica (a localização exata é chamada Estação Biológica do Piro ). A principal característica dessa região é a floresta mista: uma parte (primária) são florestas intocadas pelo homem, e a segunda (secundária) são matos recém-cultivados no local de pastagem, há 50 anos. A altitude varia de 0 a 100 metros. A temperatura média anual é de aproximadamente 26 ° C e a precipitação média chega a 3400 mm. As condições climáticas durante o ano variam da estação seca (janeiro a março) a chuvas, com pico em setembro e outubro.


Imagem Nº 1

Foram coletadas amostras de 22 colônias de formigas da espécie Atta colombica, localizadas em uma área de 4 km ² , afetando tanto a zona primária quanto a secundária da floresta. Os cientistas registraram as coordenadas de todos os pontos de coleta de amostras para uma análise mais aprofundada da distribuição de gases pela área ao redor das colônias. Além disso, foram feitas medições da área de colônias e lixões, nos quais vários tubos (22 cm de diâmetro) foram colocados a uma profundidade de 3 cm, fechados no topo com coberturas ventiladas de PVC. Isso foi feito 10 minutos antes de tirar as imagens. Posteriormente, a profundidade foi medida na qual os tubos saíram após um certo período de teste. Assim, foi possível entender a taxa de geração de resíduos.

A cada 10 minutos, as amostras foram coletadas por meia hora e colocadas em frascos pré-evacuados de 10 ml.

As amostras foram submetidas à análise de gases quanto à presença de N ₂ O, CO ₂ e CH ₄ . Para isso, foi utilizado um cromatógrafo a gás com um metanador, um detector de captura de elétrons e um detector de ionização de chama.

As amostras (resíduos e solo) foram mantidas a 48 ° C por 3 dias e analisadas para determinar a atividade potencial da enzima de desnitrificação.

Desnitrificação * - redução de nitratos em nitritos e depois em óxidos gasosos e nitrogênio molecular.

Amostras de 10 zonas de vedação foram combinadas em uma, dividida em alíquotas. Além disso, durante um período de 90 minutos, eles foram incubados com ou sem a adição de uma amostra da superfície dos montes de lixo.

Alíquota * - fração múltipla medida com precisão da amostra.

Para determinar a biomassa microbiana, amostras de 8 gramas foram coletadas 1 hora antes e 3 dias após o processo de fumigação com clorofórmio. Durante a análise, foi dada especial atenção à presença de carbono orgânico e nitrogênio nas amostras, o que foi auxiliado pelo analisador Shimadzu TOC-V CPN / TNM-1.



Resultados da observação


Imagem No. 2

As emissões de N ₂ O das pilhas de lixo de formigas de Atta colombica variaram bastante: de 180 mg N ₂ ON m ^-2 h ^-1 a 89000 mg N ₂ ON m ^-2 h ^-1 ( 2a ). Essas medidas estão em excelente concordância com as observações em um ecossistema real, isto é, na natureza. Assim, o valor médio do gás produzido é de 11200 mg N ₂ ON m ^-2 h ^-1 .

m ^-2 h ^-1 * - por metro quadrado por hora.

A Figura 2b mostra uma comparação da geração de N ₂ O de pilhas de lixo de cortadores de folhas e estruturas antropogênicas (projetadas ou mantidas por seres humanos): lagoas anaeróbicas, estações de tratamento de águas residuais, etc. E, como mostra essa comparação, os cortadores de folhas com a tarefa de gerar N ₂ O lidam muito melhor.

O volume de gás produzido pelas pilhas de lixo é muito diferente do que os cientistas observaram nas florestas primária e secundária. Quando as emissões de lixeiras atingiram o pico em junho de 2017 no início da estação chuvosa, o volume de N ₂ O da colônia vizinha não diferiu visivelmente das florestas circundantes (primária e secundária) e atingiu cerca de 67 mg (imagens 1b e 2a ). O volume de N ₂ O produzido pela própria floresta em torno da colônia de formigas foi de 11 mg N ₂ ON m ^-2 h ^-1 , a taxa média anual foi geralmente de apenas 2 mg.

Os pesquisadores observam que a nitrificação e a desnitrificação, que são muito sensíveis à pressão parcial de oxigênio e ao suprimento de substrato, são os processos microbianos mais importantes na produção de óxido nitroso. Portanto, a estrutura dos montes de lixo de formigas deve ter algumas características que aumentam a produção de N ₂ O.


Imagem No. 3

E esse recurso foi descoberto, a saber, um aumento da concentração de N e uma proporção reduzida de C: N (carbono e nitrogênio) no lixo que cai no aterro - 13,5 + 1 ( 3f , 3e ). Vale a pena comparar isso com a proporção C: N nos tecidos da folhagem verde (21 + 5) e folhagem caída (32-42).

E aqui a lógica usual ajuda a chegar um pouco mais perto da solução: a folhagem cobre a superfície da terra na floresta de maneira uniforme, enquanto as formigas a puxam para uma pequena zona, aumentando assim a concentração de resíduos orgânicos. Uma análise dos dados mostrou que a concentração de nitrogênio nos montões é 5 vezes maior do que no lixo da floresta circundante. Além disso, uma concentração incrivelmente alta de NH4 (500 vezes maior) e uma concentração muito baixa de NO3 ^- ( 3g , 3h ), juntamente com sinais de anoxia, são fatores de desnitrificação, e não nitrificação, como o principal mecanismo para a produção de N ₂ O.

A anóxia, ou seja, a ausência de oxigênio, também é confirmada por uma alta concentração de metano (CH4) - de 0,01 a 250 mg de CH4-Cm-1 h-1. Dado que a metanogênese a um pH de 5,5, assim como nas pilhas de lixo, é significativamente menos eficaz que a desnitrificação. Isso sugere que os potenciais redox do lixo podem ser bastante reduzidos. Ao comparar a atividade potencial da enzima de desnitrificação nos montes e na serapilheira circundante, os cientistas descobriram que nos montes esse número é 25 vezes maior ( 3d ).

Assim, podemos concluir que as pilhas de cortadores de folhas são um "mecanismo" muito bem coordenado de produção de CO ₂ , CH ₄ e óxido nitroso, devido à presença de certos fatores: uma grande quantidade de biomassa microbiana, disponibilidade de substrato, condições abióticas ideais etc. A única coisa que permanece incerta é a diferença na quantidade de N ₂ O produzido entre diferentes montes de lixo. Em outras palavras, os fatores acima para diferentes aterros são quase idênticos. Os cientistas acreditam que a diferença no índice de N ₂ O pode depender de fatores mais internos, por assim dizer, na estrutura individual dos montes de lixo: microclima, influência de outros organismos vivos, qualidade da alimentação, alterações na biomassa microbiana, estado da colônia (indivíduos) etc.


Imagem No. 4

Além disso, os pesquisadores reuniram os seguintes indicadores: o volume produzido pelos cortadores de N ₂ O, a área de pilhas de lixo, a densidade de pilhas de lixo nas florestas primárias e secundárias e nas zonas de fronteira. A combinação desses dados permite compreender como a produção de cortadores de N ₂ O afeta globalmente a atmosfera e o ecossistema dos neotrópicos.

E agora a parte divertida. Aproximadamente 0,01 a 0,35 kg de N ₂ ON são produzidos por hectare quadrado por ano no monte de cortadores de folhas com uma densidade média de 1,2 por hectare. E isso representa 200% da produção de N ₂ O pela serapilheira da própria floresta (primária).

Os pesquisadores observam que, na natureza, os saltos na produção de N ₂ O ocorrem periodicamente devido a mudanças bruscas no ecossistema (condições climáticas, por exemplo). No entanto, nos montes de cortadores de folhas, a temperatura permanece bastante estável ao longo do ano. E chuvas muito frequentes fornecem adicionalmente matéria orgânica úmida enriquecida com nitrogênio para as pilhas, o que contribui para a produção de um grande volume de N ₂ O.

A “migração” de colônias de corte de folhas na floresta também desempenha um papel importante. Mudando para um novo local, as formigas deixam a colônia e o aterro, que se decompõe em um ano. No entanto, mesmo depois disso, um aumento da concentração de nitrogênio permanece no solo. E isso sugere que mesmo pilhas de lixo abandonadas continuam a gerar N ₂ O, já sem a participação de seus ex-hospedeiros de formigas.

Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo fortemente que você analise o relatório do grupo de pesquisa e seus materiais adicionais .

Epílogo

A principal conclusão deste estudo é o fato de que a atividade vital dos cortadores de folhas desempenha um papel importante na formação do ecossistema de toda a região. Os aterros sanitários são estruturas únicas, com características químicas incomuns que, juntas, contribuem para a produção maciça de N ₂ O.

Com seu trabalho, os cientistas mais uma vez provam o quanto a influência de pequenos organismos no meio ambiente pode ser. Tudo na natureza está interconectado. Mas, às vezes, não entendemos completamente como e onde essa conexão aparece e o que afeta. Bem, graças a este estudo, sabemos um pouco mais sobre o nosso mundo grande e misterioso.



Obrigado por assistir, fique curioso e tenha um ótimo final de semana a todos, pessoal.

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