Повышение температуры воды в реках и ручьях меняет фундаментальные механизмы жизни под водой. Опавшая листва и ветки, попадающие в лесные водоемы, служат основным источником энергии. В норме микроорганизмы разлагают этот опад, превращая его в биомассу, которой затем питаются водные насекомые, становясь, в свою очередь, пищей для рыб.
Повышение температуры разрушает речные экосистемы
Ученые из Университета Северной Аризоны провели масштабное исследование того, как повышение температуры воды влияет на способность рек удерживать энергию. Команда создала 48 искусственных ручьев в теплице, чтобы проследить путь углерода от опавших листьев до насекомых, обнаружив критическое снижение продуктивности экосистем при повышении температуры.
Река — это самоочищающаяся система, но при потеплении ее системы очищения начинают сбоить. Public Domain
Углерод — «валюта экосистем». Углерод — это не просто химический элемент, а энергетическая «валюта» экосистем. В реках количество доступной энергии напрямую зависит от того, сколько углерода из растительного мусора перейдет в тела личинок и рыб. Если из-за жары метаболизм организмов ускоряется слишком сильно, они «сжигают» все съеденное только для того, чтобы выжить в данный момент (процесс дыхания) и не оставляют ресурсов для роста. Это похоже на экономику с гиперинфляцией: обороты огромные, но накоплений нет, и организмы буквально «проедают» свое будущее.
Но новое исследование показало, что при нагревании воды этот процесс ускоряется «неправильно». Вместо того чтобы превращаться в живую ткань организмов, большая часть углерода просто улетучивается в атмосферу в виде углекислого газа. Система начинает работать быстрее, но крайне неэффективно, истощая свои энергетические запасы. Работа опубликована в журнале Ecosphere.
Концептуальные взаимосвязи между температурой водотока и эффективностью использования углерода (CUE) у микроорганизмов и беспозвоночных, обитающих на разлагающейся листве.
Как отмечает соавтор работы профессор Джейн Маркс: «Даже когда потребление растет, система становится менее эффективной — больше углерода уходит на дыхание и меньше на построение пищевой сети». Это означает, что внешняя активность ручья может вводить в заблуждение: листья исчезают быстро, но жизнь в воде при этом не процветает, а останавливается.
Угроза для биологической продуктивности
Эксперименты проводились на проточном искусственном ручье, где температуру можно было точно регулировать. Опавшая листва Fraxinus velutina (аризонский ясень) и Quercus gambelii (дуб Гамбеля) была обогащена 13C и использована для отслеживания углерода из листьев в личинках ручейников.
Последствия таких изменений могут быть катастрофическими для стабильности природных сообществ. Когда микробы и насекомые перестают эффективно накапливать углерод в своих телах, поток энергии к высшим звеньям пищевой цепи обрывается.
Рыбы и другие крупные обитатели рек получают меньше питания, что ведет к деградации популяций. Особенно четко это проявилось в наблюдениях за ручейниками — это отряд насекомых, чья жизнь неразрывно связана с пресной водой. Ручейники и их личинки особенно активно перерабатывают опад.
При умеренном тепле ручейники развивались успешно, но дальнейший перегрев заставлял их тратить силы на поддержание метаболизма, а не на рост. В итоге реки превращаются из хранилищ жизни в активные источники выбросов CO2. Это создает замкнутый круг, где потепление климата лишает водные экосистемы способности поддерживать биоразнообразие и самоочищение. В конечном счете, это бьет по качеству воды и рыбным запасам, от которых зависит благополучие человека.