Zagonetna uloga zemljišnih organizama u procesu razgradnje opalog lišća

Open PDF in new window.

François-Xavier Joly 1 and Jens-Arne Subke 1*

1Biological and Environmental Sciences, University of Stirling, Stirling, United Kingdom**[Serbo-croatian]** Kada listovi biljaka uvenu i padnu na tlo, započinje jedan od najvažnijih procesa u prirodi – razgradnja ili dekompozicija. Ovaj proces omogućava da hranjive tvari iz mrtvog biljnog materijala budu vraćene u tlo i ponovo dostupne drugim organizmima. Glavnu ulogu u tome igraju mikroorganizmi – sićušna bića nevidljiva golim okom i biljkama – koji postepeno razlažu organske ostatke. Ali, mikrobi nisu jedini akteri u ovoj priči. Veći stanovnici tla, poput stonoga, glista i puževa, takođe se hrane otpalim lišćem. Oni preuzimaju ulogu prvih razgrađivača – svojom probavom pretvaraju tvrdo, opalo lišće u mekši i pristupačniji oblik –feces- za razgradnju kroz mikroorganizme. Da li životinjski feces ubrzava reciklažu otpalog lišća? Analizom fecesa različitih životinja koje se hrane opalim lišćem, ustanovili smo da se on razgrađuje brže nego netaknuti listovi. To znači da životinje tla indirektno ubrzavaju razgradnju kroz transformaciju materije u oblik koji je laske mikroorganizmima pristupačan. Članak je napisan na jeziku koji razumiju govornici bosanskog, hrvatskog i srpskog jezika.

ZAŠTO PRUČAVATI OPALO LISĆE?

Biljke su temelj života na Zemlji. Kroz svoje listove, biljke koriste sunčevu energiju kako bi upile ugljendioksid iz zraka i pretvorile ga u šećere. Ovaj proces, se zove fotosinteza. Proizvedeni šećeri služe za rast novih dijelova biljke, poput listova, stabljika i korijena. Kada listovi otpadnu na tlo, započinje proces razgradnje, koji je jednako važan kao fotosinteza. Razgradnjom, ugljik iz biljnih ostataka se vraća u atmosferu kao ugljendioksid, koji druge biljke mogu ponovo iskoristiti. Također kroz razgradnju, hranjive tvari iz biljnih ostataka vraćaju se u tlo, gdje ih biljke koriste za rast. Ova ravnoteža između fotosinteze i dekompozicije (razgradnje) omogućava nastavak biološkog ciklusa.Međutim, mikrobi ne mogu razgraditi sve opale listove isto brzo. Neke biljke, poput borova i bukvi, imaju čvrste, debeljaste listove siromašne hranjivim tvarima, što im pomaže da prežive u nepovoljnim uvjetima. Zbog toga, a i zbog nepovoljnih lokalnih okolnosti njihovi listovi se sporije razgraduju. S druge strane, biljke poput jasena ili djeteline imaju tanke, hranjive listove koji se brzo razgrađuju jer mikroorganizmima pružaju više hranjivih tvari i veću površinu za rast.

MIKROBI RAZGRAĐUJU OPALE LISTOVE

Kako se dešava razgradnja? Ovaj ključni proces uglavnom obavljaju jedna posebna grupa organizama u zemljištu: mikrobi. Mikrobi se sastoje od gljiva—istih onih organizama koji formiraju pečurke—i bakterija. Toliko su mali da ih uglavnom ne možemo vidjeti golim okom, ali su izuzetno brojni u zemljištu. Samo 1 gram zemljišta može sadržavati i do 10 milijardi mikroba. Ovi mikrobi koriste opalo lišće kao hranu. Oni vare lišće tako što u tlo oko sebe ispuštaju različite enzime. Enzimi djeluju poput makaza koje sijeku veliko opalo lišće na mikroskopski sitne dijelove. Mikrobi zatim mogu probaviti te dijelove kako bi dobili energiju i rasli. Tokom tog procesa, mikrobi oslobađaju ugljik natrag u atmosferu u obliku ugljendioksida. Tako se ciklus života može nastaviti.

Ali mikrobi ne mogu razgraditi sve opale listove jednakom brzinom. Neke biljke, poput borova ili bukvi, imaju listove koji su čvrsti, prilično debeli i siromašni hranjivim tvarima. Takvi listovi nisu naročito efikasni u fotosintezi, ali mogu preživjeti i u teškim uslovima. Zbog toga se, kada otpadnu, razgrađuju sporo jer nude malo hranjivih tvari i malu površinu za rast mikroba.S druge strane, biljke poput jasena ili djeteline imaju mnogo tanje listove bogatije hranjivim tvarima. Takvi listovi su osjetljiviji na oštećenja, ali su bolji u fotosintezi. Kada ovi tanji i hranjiviji listovi otpadnu, nude znatno više hranjivih tvari i veću površinu za mikrobe, pa se zato brže razgrađuju.

ORGANIZMI POMAŽU MIKROBIMA U RAZGRADNJI

Pored mikroba, mnogo veći organizmi iz tla, poput stonoga, crva, rovaca i puževa, također se hrane opalim listovima (Slike 1A–C). U nekim vrstama šuma, pa čak i u pustinji, ovi organizmi prerađuju opalo lišće [1–4]. Međutim, od svih listova koje prerade (npr. Slika 1D), samo mali dio koristi se za njihovu ishranu, dok većina završava u tlu kao feces (Slika 1E). To znači da su glavni izvori hranjivih tvari za mikroorganizme u tlu zapravo feces tih organizama. Feces predstavlja transformirani, sitni materijal koji proizlazi iz opalog lišća (Slika 1F), a kao takav pruža mnogo veću površinu za rast mikroba i njihovu razgradnju.

Proces razgradnje opalog lišća još uvijek nije potpuno razumijen. Cilj ovog istraživanja bio je da pružimo odgovore na pitanja [5]: Koja je uloga različitih organizama u tlu tokom razgradnje? Da li mikroorganizmi lakše razgrađuju izmet nego netaknute listove? Je li ovaj efekat izraženiji kod lako razgradivih listova u odnosu na one koji su teže razgradivi?

FABRIKA FECESA: PROUČAVANJE RAZGRADNJE U LABORATORIJI

Da bismo proučili važnost pretvaranja opalog lišća u feces, bilo je potrebno prikupiti veliki broj svježih uzoraka od različitih zemljišnih organizama koji se njime hrane. Budući da je feces sitan i teško je u prirodi utvrditi ni vrstu organizma ni vrstu lišća kojom se hranio, osmislili smo poseban laboratorijski eksperiment – „fabriku fecesa“.

Istraživanje smo započeli obilaskom različitih šuma i travnjaka u škotskim nizijama, gdje smo prikupili šest vrsta zemljišnih organizama: tri vrste stonoga, dvije vrste rovaca i jednu vrstu puža. Na istim lokacijama sakupili smo i opalo lišće šest različitih vrsta drveća poznatih po različitim brzinama razgradnje – hrasta, bukve, lješnjaka, javora, divljeg kestena i lipe (Slika 2). Sve prikupljene uzorke donijeli smo u laboratorij, gdje smo u plastične kutije uparili svaku od šest vrsta organizama sa svakom od šest vrsta opalog lišća. Time smo dobili ukupno 36 različitih kombinacija. Zatim smo omogućili organizmima da se hrane, a tokom mjesec dana, dva puta sedmično, prikupljali smo feces. Njegov izgled bio je raznolik – boja je zavisila od vrste opalog lišća koje su organizmi konzumirali, dok je oblik zavisio od vrste organizma (Slika 2).

Počeli smo tako što smo istraživali različite šume i travnjake u nizijama Škotske, gdje smo prikupili šest različitih vrsta organizama iz tla, uključujući tri vrste stonoga, dvije vrste rovaca i jednu vrstu puža. Također smo prikupili opale listove šest vrsta drveća za koje se zna da se razgrađuju različitom brzinom: hrast, bukva, lješnjak, javor, divlji kesten i lipa (Slika 2). Sve uzorke donijeli smo u laboratorij i, koristeći plastične kutije, uparili smo svaku životinjsku vrstu s po jednom vrstom mrtvih listova. Ukupno smo imali 36 kombinacija listova i životinja. Zatim smo pustili životinje da se hrane, a dva puta sedmično tokom mjesec dana prikupljali smo njihov izmet. Taj izmet bio je vrlo raznolik: varirao je u boji u zavisnosti od vrste listova koje su životinje jele, te u obliku u zavisnosti od vrste životinje (Slika 2). Nakon što smo prikupili feces, mjerili smo brzinu njegove razgradnje u poređenju s netaknutim opalim lišćem. Eksperiment smo osmislili tako da se može lako ponoviti u različitim laboratorijama širom svijeta, kako bi drugi istraživači mogli provjeriti naše rezultate ili ih uporediti s podacima dobijenim uz druge vrste organizama ili lišća.

U laboratoriji smo napravili male, vještačke sisteme tla. Tegle smo napunili zemljom iz obližnjeg polja, a na površinu tla, odvojenu finom mrežicom, postavili smo male količine fecesa i opalog lišća. Mrežica je omogućila mikrobima da prolaze i razgrađuju materijal, ali i da kasnije lako prikupimo ostatke. Tegle su bile smještene u tamnoj, toploj i vlažnoj prostoriji šest mjeseci, uz redovno dodavanje vode kako bismo održali optimalne uslove za mikrobe. Nakon nekoliko mjeseci prikupili smo preostali feces i opalo lišće, zatim ih osušili, izvagali i uporedili s njihovom početnom masom. Na taj način smo utvrdili koliko su mikrobi razgradili tokom šestomjesečnog perioda.

ŠTA SMO OTKRILI?

Naši eksperimenti doveli su do dva zanimljiva zaključka. Prvo, kod svih proučavanih vrsta organizama, feces se u prosjeku razgrađivao 38% brže od opalog lišća (Slika 3). Ovaj rezultat bio je dosljedan, uprkos velikim razlikama između puževa, stonoga i rovaca. Vjerujemo da je razlog brže razgradnje to što organizmi razlažu veliko lišće u hiljade sitnih čestica, koje mikrobima omogućavaju lakši pristup i efikasniju razgradnju. Naše drugo značajno otkriće bilo je da ubrzanje razgradnje nije bilo isto za sve vrste opalog lišća. Kada su organizmi konzumirali lišće koje mikrobi lako razgrađuju, njihov feces nije razgrađivao mnogo brže od samih listova. Međutim, kada su konzumirali lišće koje je mikrobima teško razgraditi, njihov se feces razgrađivao znatno brže nego nepojedeni listovi. Kao rezultat toga, velike razlike u brzini razgradnje među različitim vrstama lišća gotovo nestaju nakon što ih organizmi pojedu i pretvore u feces.

ORGANIZMI U ZEMLJIŠTU DOPRINOSE CIKLUSU ŽIVOTA

Ukratko, organizmi u tlu ubrzavaju razgradnju opalih listova pretvarajući ih u feces, čime pomažu mikrobnim procesima razgradnje. To objašnjava zašto se opali listovi ne gomilaju na površini tla, naročito ispod biljaka s listovima koji se sporo razgrađuju. Što je još važnije, ovi organizmi omogućuju vraćanje ugljika iz listova u atmosferu u obliku ugljičnog dioksida, te pomažu vraćanju hranjivih tvari u tlo, gdje ih biljke mogu ponovo iskoristiti. Time organizmi u tlu održavaju ključnu ravnotežu između fotosinteze i razgradnje, što omogućava rast biljaka i podržava sav život na Zemlji.

RJEČNIK

FOTOSINTEZA

Proces u kojem biljke koriste svoje listove da upiju energiju sunčeve svjetlosti i pretvore ugljendioksid i vodu u šećere.

RAZGRADNJA

Proces u kojem se opalo lišće ili umrli organizmi razlažu na jednostavnije oblike, pri čemu nastaju ugljendioksid i hranjive tvari.

MIKROBI

Sitna živa bića, nevidljiva golim okom, poput bakterija ili gljiva. Također se nazivaju “mikroorganizmima”.

Enzim

Proteini koji mogu razgraditi velike i složene molekule u manje i jednostavnije molekule.

FECES

Ostatak hrane koju organizmi ne probave, odnosno feces.

IZVORNI ČLANAK

Joly, F.-X., Coq, S., Coulis, M., David, J.-F., Hättenschwiler, S., Mueller, C. W., et al. 2020. Detritivore conversion of litter into faeces accelerates organic matter turnover. Commun. Biol. 3:660. doi: 10.1038/s42003-020-01392-4

REFERENCE

PREDANO: 07. decembra 2020; PRIHVAĆENO: 14. februara 2022;

OBJAVLJENO ONLINE: 11. marta 2022.

UREDNIK: Rémy Beugnon, Njemački centar za integrativna istraživanja biodiverziteta (iDiv), Njemačka

NAUČNA MENTORICA: Maria Claudia Segovia-Salcedo

CITIRANJE: Joly F-X i Subke J-A (2022) Neobična uloga organizama u zemljištu u razgradnji opalog lišća. Front. Young Minds 10:638736. doi: 10.3389/frym.2022.638736

SUKOB INTERESA: Autori izjavljuju da je istraživanje provedeno bez ikakvih komercijalnih ili finansijskih odnosa koji bi se mogli smatrati potencijalnim sukobom interesa.

COPYRIGHT©2022 Joly i Subke. Ovaj članak je otvorenog pristupa i distribuira se prema uvjetima Creative Commons Attribution License (CC BY). Korištenje, distribucija ili reprodukcija u drugim forumima je dopuštena, uz uvjet da su izvorni autor(i) i vlasnik(i) autorskih prava označeni, te da se citira izvorna publikacija u ovom časopisu, u skladu s prihvaćenom akademskom praksom. Korištenje, distribucija ili reprodukcija koja nije u skladu s ovim uvjetima nije dopuštena.

MLADI RECENZENT

JUAN DIEGO, GODINA: 15

Zdravo, moje ime je Juan Diego, upravo sam napunio 15 godina. Dolazim iz Ekvadora, ali sam odrastao u Sjedinjenim Američkim Državama. Imam mnogo hobija. Moj omiljeni način provodjenja vremena je igranje video igara jer mi omogućava da igram sa prijateljima sada kada sam zbog pandemije zatvoren. Uživam u životinjama i prirodi. Zbog toga, kao dio školskog projekta, trenutno radim na maloj knjizi s naljepnicama o ugroženim vrstama Ekvadora.

AUTORI

FRANÇOIS-XAVIER JOLY

François-Xavier Joly je francuski ekololog tla koji radi na Univerzitetu u Beču, u Austriji. Njegovo istraživanje fokusira se na razumijevanje kako organizmi u tlu doprinose razgradnji mrtvih biljaka, te kako ovaj proces može da se promjeni zbog globalnih promjena, kao što su gubitak biodiverziteta i klimatske promjene. *joly.fx@gmail.com

JENS-ARNE SUBKE

Jens-Arne Subke je ekolog ekosistema na Univerzitetu Stirling, a zainteresovan je za interakcije biljaka, tla i okoliša. Pokušava odgovoriti na pitanja o načinu na koji ugljen-dioksid koji biljke uzimaju iz atmosfere može biti stabilizo

TRANSLATOR

IKA DJUKIC

FUNDING (TRANSLATION)

The team Translating Soil Biodiversity acknowledges support of the German Centre for integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig funded by the German Research Foundation (DFG FZT 118, 202548816).

CITATION (TRANSLATION)

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.

**Recommended citation format: **Joly F-X and Subke J-A (2025) Neobična uloga organizama u zemljištu u razgradnji opalog lišća. (Serbo-Croatian Translation: Ika Djukic). Translating Soil Biodiversity & Front. Young Minds. Originally published in 2022, 8:545370. doi: 10.3389/frym.2020.545370

Figures

Slika 1: (A–C) Primjeri organizama iz tla koji se hrane opalim listovima i pretvaraju ih u feces. (D) Primjer opalih listova koje ovi organizmi mogu jesti. (E) Primjeri fecesa organizama koji se hrane opalim listovima. (F) Feces organizama koji jedu opa Slika 1: (A–C) Primjeri organizama iz tla koji se hrane opalim listovima i pretvaraju ih u feces. (D) Primjer opalih listova koje ovi organizmi mogu jesti. (E) Primjeri fecesa organizama koji se hrane opalim listovima. (F) Feces organizama koji jedu opale listove sastoji se od mnogih malih čestica lista.

Slika 2: Feces prikupljen od šest različitih organizama iz tla koji su se hranili sa šest različitih vrsta opalih listova. Slika 2: Feces prikupljen od šest različitih organizama iz tla koji su se hranili sa šest različitih vrsta opalih listova. Feces je prikazan u stvarnoj veličini, dok listovi i organizmi nisu u stvarnoj veličini. Možete primijetiti da boja fecesa zavisi od opalih listova koje su organizmi pojeli, sa svjetlijom bojom kada je organizam jeo listove bukve i tamnijom bojom kada je jeo listove lipe. Oblik fecesa, s druge strane, zavisi od organizma, pa je feces stonoga ovalan, feces rovca pravougaoni, a feces puževa cilindričan (Slika).

Slika 3: Pretvaranjem opalih listova u feces, organizmi u tlu utiču na brzinu razgradnje opalih listova. Slika 3: Pretvaranjem opalih listova u feces, organizmi u tlu utiču na brzinu razgradnje opalih listova. U prosjeku, feces organizama iz tla razgrađivao se 38% brže od netaknutih opalih listova. Ovaj efekat zavisi od vrste opalih listova. Kada su organizmi jeli opale listove koje mikrobi lako razgrađuju (prikazano u svijetloj žutoj boji), njihov feces se nije razgrađivao mnogo brže od opalih listova. Međutim, kada su jeli opale listove koje mikrobi teško razgrađuju (prikazano u tamnoj smeđoj boji), rezultirajući fragmenti listova u fecesu razgrađivali su se mnogo brže.