Растения усваивают питательные вещества из пыли через листья: новое исследование

Ежегодно миллиарды тонн пыли поднимаются в воздух и разносятся ветрами по континентам и океанам. Это отложение пыли давно признано важным процессом, который способствует формированию почв и поставляет в них необходимые макро- и микроэлементы. Поскольку частицы пыли богаты такими минералами, как фосфор, железо и калий, ученые задавались вопросом, может ли пыль служить важным источником питания для растений.

Недавнее исследование, опубликованное в апреле в журнале New Phytologist, показало, что некоторые растения способны обогащаться, поглощая необходимые минералы из пыли непосредственно через свои листья. Хотя этот механизм усвоения питательных веществ, известный как фолиарное поглощение (усвоение через листья), уже известен, работа ученых акцентирует внимание на малоизученном наземном пути питания, который играет значительную роль в обеспечении растений нутриентами в бедных питательными веществами и подверженных воздействию пыли экосистемах.

«Природа продолжает удивлять, открывая новые механизмы даже в системах, которые, казалось бы, мы хорошо понимаем», — отметил в электронном письме изданию Refractor Марсело Штернберг, биолог растений из Тель-Авивского университета в Израиле. По его словам, исследование демонстрирует, что растения не ограничены поглощением питательных веществ через корни — они также могут усваивать их непосредственно из пыли через свои листья.

Проведение эксперимента

Для изучения этого наземного пути поглощения Антон Локшин из Тель-Авивского университета и его коллеги провели полевой эксперимент в средиземноморских кустарниковых зарослях в Иудейских горах Израиля — регионе, известном своими высокими ежегодными отложениями минеральной пыли из Аравийской и Сахарской пустынь. Здесь команда наносила вулканическую пыль непосредственно на листву трех распространенных видов кустарников: Cistus creticus, Salvia fruticosa и Teucrium capitatum. Вулканическая пыль содержала характерный набор редкоземельных элементов, отличный от местной почвы, что позволило исследователям доказать, что питательные вещества поглощались через листья, а не через корни.

В результате было обнаружено повышенное содержание микроэлементов, таких как железо, марганец, никель и медь, в побегах растений, обработанных вулканическим пеплом. При этом концентрации в корнях оставались практически неизменными. Интегрируя полевые наблюдения с оценками отложений пыли и питательных веществ из разных регионов, команда выяснила, что фолиарное поглощение пыли может обеспечивать до 17% железа, которое растения на западе США ежегодно получают из почвы, и до 12% фосфора на востоке Амазонки.

Штернберг отметил, что наиболее удивительным аспектом стало осознание того, что пыльные бури в восточно-средиземноморских экосистемах являются не только геологическим или атмосферным явлением, но и прямым, биологически значимым путем поступления питательных веществ для растений.

Механизм поглощения

Когда пыль из воздуха оседает на листья, поверхность листа создает слегка кислую среду, выделяя органические кислоты, растворяющие питательные вещества. Тонкий слой кислот помогает растворять минералы, которые в противном случае оставались бы недоступными. Штернберг объяснил, что некоторые растения имеют волосистые листья, называемые трихомами — это адаптация для снижения температуры листа, увеличения альбедо (отражательной способности) и ограничения потери воды. По его словам, это исследование выявляет ранее упущенную из виду функцию: эти волоски на листьях также могут задерживать частицы пыли, тем самым усиливая прямое усвоение питательных веществ из пыли листьями.

Результаты исследования были опубликованы в журнале New Phytologist.