Те, як виглядають ґрунтові організми, може допомогти нам зрозуміти їх важливість
Відкрити PDF у новому вікні.
П’єр Гано 1, Леа Бомель 2 і Аполін Оклерк 3*
1 CEFE, CNRS, EPHE, IRD, Університет Монпельє, Університет Поля-Валері Монпельє, Монпельє, Франція2 INRAE, UMR SAVE, Бордо, Франція3 Лабораторія ґрунтів та навколишнього середовища, Університет Лотарингії, INRAE, LSE, Нансі, Франція
На нашій планеті існує безліч форм життя. Особливо це стосується того, що знаходиться під нашими ногами, в ґрунті. Дощові черв’яки, павуки та багатоніжки — це лише декілька прикладів з величезної кількості ґрунтових організмів. Подивившись на те, що живе в ґрунті, ви зрозумієте, наскільки велике різноманіття форм і кольорів. А що, якщо ми витратимо час на опис усіх їхніх характеристик: кольору, розміру, форми, кількості ніг, типу крил, тривалості життя та кліматичних уподобань? Всі ці характеристики, які називаються ознаками, допомагають нам зрозуміти, які типи організмів можна знайти в конкретній екосистемі, чим вони харчуються і як далеко можуть подорожувати. Вчені використовують цю інформацію, щоб зрозуміти різні ролі організмів у ґрунті та відновити деградовані ґрунти. Аналіз ознак може розкрити важливість ґрунтових організмів та фундаментальну роль, яку вони відіграють для людського суспільства.
ҐРУНТ: ДИВОВИЖНИЙ, АЛЕ МАЛОВІДОМИЙ СВІТ
Під нашими ногами в ґрунті живуть мільйони організмів [1]. Ці організми варіюються від мікроскопічних (так званих мікроорганізмів) до безхребетних організмів (таких як дощові черв’яки) довжиною понад 1 м. Різноманітність організмів у ґрунті називається біорізноманіттям ґрунту. Біорізноманіття означає різноманітність усіх форм життя на планеті.
Ґрунтові екологи - це вчені, які вивчають різноманіття ґрунтових організмів. Зазвичай вони відбирають зразки ґрунтових організмів, що мешкають у різних місцях, таких як тропічні ліси або сільськогосподарські поля. Залежно від того, чи мешкають організми, що їх цікавлять, у ґрунті чи на його поверхні, вони використовують лопати, пастки або бурові коронки для відбору зразків ґрунту (рисунок 1). Потім вчені ловлять організми, які вони бачать у своїх зразках, руками або пінцетом. Щоб зловити найдрібніших безхребетних ґрунтових організмів, ґрунтові екологи часто використовують техніку, яка називається методом Берлезе. У лабораторії вони поміщають зразок ґрунту у воронку, над зразком встановлюють нагрівальну лампу, а під ним - банку. Світло і тепло змушують крихітних організмів опускатися через воронку в банку. Через кілька днів вчені можуть вивчати організми в банці.
Коли всі ґрунтові організми зібрані, починається довга і ретельна робота. Вчені-ґрунтознавці підраховують і уважно спостерігають за кожним окремим організмом, щоб визначити, до якого виду він належить. Для цього вони використовують різні типи мікроскопів, а також ідентифікаційні ключі та книги. Загальна кількість видів, знайдених в одній конкретній екосистемі, відображає біорізноманіття цієї екосистеми. Вчені-ґрунтознавці мають багато роботи, оскільки ґрунти є одними з найбільш різноманітних і найбільш уражених людським впливом екосистем на Землі. Крім того, багато ґрунтів у світі ще не досліджено, тому багато видів ґрунтових організмів досі не відкрито.
ГРУНТОВІ ОРГАНІЗМИ НАДЗВИЧАЙНО РІЗНОМАНІТНІ
Біорізноманіття ґрунту настільки велике, що описати особливості всіх ґрунтових організмів одночасно практично неможливо. Ми дамо вам уявлення про різноманіття ґрунту, описавши зовнішній вигляд і поведінку трьох добре вивчених типів ґрунтових організмів: дощових черв’яків, комашок-стрибунців і наземних жуків (рис. 2).
**Розмір **тіла
Важливою структурною відмінністю між дощовими черв’яками, комахами-стрибунцями та жуками-бігунками (наземними жуками), а також між видами всередині цих груп, є розмір їхнього тіла. Розмір є прикладом морфологічної ознаки. Найменший дощовий черв’як має довжину кілька сантиметрів, а найбільший, що мешкає в тропічних лісах, може досягати 2 м у довжину. У Європі жуки-бігунки мають розмір від 2 мм до 8 см від верхівки голови до останнього сегмента черевця. Комахи-стрибунці набагато менші, їх середній розмір становить лише 2 мм, але їх розмір варіюється залежно від місця проживання. Деякі види комах-стрибунців, що живуть у мертвому листі, більші за інші види, які живуть глибше в ґрунті.
Пересування
Щоб знайти місце проживання з достатньою кількістю їжі, іншими організмами, з якими можна розмножуватися, та невеликою кількістю хижаків, ґрунтові організми розвинули численні техніки пересування як на поверхні, так і в ґрунті. Дощові черв’яки не мають ніг, але деякі види мають сильні м’язи та маленькі волоски, які вони використовують для риття між частинками ґрунту. Завдяки своїм шістьом ногам жуки-бігунки можуть бігати по поверхні ґрунту, щоб ловити свою здобич. Багато видів жуків-бігунків мають крила, що дозволяє їм швидко втекти від хижака або інших перешкод, або переміститися в місце, де вони можуть знайти більше здобичі або партнерів. Комахи-стрибунці також пересуваються на своїх шести ногах, але завдяки спеціальному відростку, що діє як пружина, деякі комахи-стрибунці можуть стрибати на кілька сантиметрів у повітря, щоб втекти від хижаків!
Колір
Грунтові організми можуть бути барвистими. Деякі дощові черв’яки, що живуть у верхньому шарі ґрунту, в мертвому листі, компості або гної, мають червоно-коричневий колір, що дозволяє їм маскуватися від хижаків на тлі оранжево-коричневого мертвого листя, а також захищає їх від ультрафіолетового випромінювання [2]. Інші дощові черв’яки живуть глибше в ґрунті і часто мають бліді кольори, такі як блідо-рожевий, сірий або зелений. У темному ґрунті пігментація не потрібна, оскільки ультрафіолетове випромінювання не проникає. Ще інші дощові черв’яки живуть переважно в ґрунті, але висувають голови з ґрунту, щоб харчуватися мертвим листям; отже, пігментовані тільки їхні голови. Комахи-стрибунці мають майже такі самі кольорові візерунки, як і дощові черв’яки: пігментовані види живуть на поверхні ґрунту, а непігментовані — у ґрунті [3]. Нарешті, жуки-бігунки можуть мати багато чудових кольорових візерунків, особливо жуки роду Carabus. Яскраві кольори можуть відлякувати птахів-хижаків або допомагати їм маскуватися в навколишньому середовищі.
Типи ротової порожнини
Ще одна разюча відмінність між нашими трьома групами - це тип ротового апарату. Жуки-бігунки мають міцні щелепи, які можуть мати різну форму і розмір залежно від того, чим вони переважно харчуються. Наприклад, деякі види мають дуже довгі щелепи, що виступають вперед, щоб діставати до внутрішньої частини раковини равликів. Комахи-стрибунці мають маленькі роти, що дозволяє їм харчуватися грибами, які ростуть на листі, та невеликими шматочками самого листя, створюючи красиві скелетонізовані мертві листя. Дощові черв’яки не мають щелеп, але їх м’язисті шлунки достатньо сильні, щоб подрібнювати ґрунт і листя, яким вони харчуються.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ҐРУНТОВИХ ОРГАНІЗМІВ Є ПІДКАЗКАМИ ЩОДО ЇХ ВАЖЛИВОЇ РОЛІ
Ретельне спостереження за особливостями ґрунтових організмів може багато чого розповісти ґрунтовим екологам про те, чим харчуються ці організми, де вони живуть і як взаємодіють із навколишнім середовищем (рис. 3). Діяльність ґрунтових організмів є надзвичайно важливою для підтримання здоров’я ґрунтів. Ці організми можуть змінювати фізичну структуру ґрунту, створюючи нори, можуть збагачувати ґрунт поживними речовинами, розкладаючи мертве листя, а також можуть допомагати контролювати популяції інших ґрунтових організмів [4]. Давайте розглянемо важливі ролі, які відіграють три наші приклади організмів.
Дощові черв’яки відіграють вирішальну роль у підтримці здорового стану ґрунту завдяки своїй інтенсивній діяльності з риття нір. Дощові черв’яки, що живуть у ґрунті, переміщуються по ньому, харчуючись знайденою там їжею та змішуючи частинки ґрунту з шматочками мертвого листя. Під час руху вони створюють безліч нір, через які повітря і вода можуть циркулювати легше [5], допомагаючи іншим ґрунтовим організмам пити і дихати, а також сприяючи росту коренів рослин. Деякі великі дощові черв’яки створюють довгі, широкі, вертикальні нори (дуже схожі на димарі). Інші роблять тонші нори, але все одно роблять значний внесок у змішування ґрунту. Тому дощові черв’яки є досить важливими для зменшення затоплення і ерозії ґрунту, а також для поліпшення його здоров’я.
Комахи-стрибунці також відіграють важливу роль у ґрунті, особливо завдяки переробці поживних речовин з мертвого листя, що сприяє росту рослин. У деяких випадках щільність популяції комах-стрибунців може досягати 10–100 000 особин на 1 м²! Вони можуть з’їдати дуже велику кількість опалого листя та мікроорганізмів (таких як грибки та бактерії). Після їжі вони виробляють багато дрібних екскрементів, що складаються з дуже дрібних шматочків мертвого листя, змішаних з невеликою кількістю води. Екскременти є ідеальним кормом для мікроорганізмів, які продовжують перетворювати мертве листя на поживні речовини, які можуть використовувати рослини. Ця переробка поживних речовин, що здійснюється комахами-стрибунцями та мікроорганізмами, є надзвичайно важливою для екосистем та росту рослин.
Жуки-бігунки мають різноманітне харчування, але можуть бути хижаками, що харчуються широким спектром здобичі, від дрібних попелиць до більших равликів. Види жуків-бігунків спеціалізуються на здобичі, якою вони харчуються; наприклад, вид Cychrus* caraboides* харчується тільки равликами. Деякі жуки-бігунки ловлять крихітних комах-стрибунців завдяки своїм добре розвиненим очам (малюнок 3). Жуки-бігунки відіграють важливу роль у регулюванні чисельності інших тварин. Наприклад, у посівах вони харчуються шкідниками, які інакше пошкоджували б сільськогосподарські рослини. Тому фермери можуть використовувати жуків-бігунків замість хімікатів для боротьби зі шкідниками. Це називається біологічним контролем, оскільки для боротьби зі шкідниками використовуються природні взаємодії між хижаками та здобиччю. Важливо підтримувати високу різноманітність жуків-бігунків в екосистемі, оскільки не всі види харчуються однаковою здобиччю. Жуки-бігунки різняться за розміром тіла і в основному харчуються здобиччю, яка менша за них. Тому висока різноманітність видів жуків-бігунків дозволяє краще регулювати кількість шкідників [6].
Розмір тіла, тип і розмір ротового апарату, стратегії полювання та тип здобичі є важливими ознаками, які зазвичай враховують ґрунтові екологи для кращого розуміння взаємозв’язків між ґрунтовими безхребетними та їхнім середовищем існування.
ВИСНОВКИ
Грунтові організми надзвичайно різноманітні за формою та поведінкою. Грунтові екологи досліджують дивовижний світ ґрунту і мають можливість відкривати нові види та нові риси. Вивчаючи характеристики виявлених видів, вчені-ґрунтознавці можуть краще зрозуміти взаємодію між організмами та екосистемами. У сукупності численні ролі, які виконують різноманітні ґрунтові організми, є взаємодоповнюючими і мають фундаментальне значення для підтримання здорового стану ґрунтів. Тому для нас дуже важливо підтримувати і зберігати біорізноманіття ґрунтів, яке зазнає все більшого впливу людської діяльності, такої як інтенсивне сільське господарство та зміна клімату. Підвищення обізнаності громадськості про важливість ґрунтових організмів та покращення наших знань про біорізноманіття ґрунтів будуть ключовими факторами для зменшення нашого впливу на дивовижні екосистеми під нашими ногами.
ТЕРМІНОЛОГІЧНИЙ СЛОВНИК
Безхребетні
дрібні тварини без внутрішнього скелета, такі як комахи, черв’яки або молюски.
**Біорізноманіття ґрунту **
різноманітність форм життя в ґрунтах. Його можна виміряти за кількістю видів, ознак або генів цих організмів.
**Ґрунтовий еколог **
вчений, який досліджує ґрунтові організми, їх взаємодію з навколишнім середовищем та їх роль у функціонуванні ґрунту.
**Метод Берлезе **
процедура вилучення дрібних організмів з листяного опаду та зразків ґрунту шляхом їх висушування та збирання організмів, які мігрують через зразок і падають у банку.
Вид
окремі організми, що належать до одного виду, можуть давати плодюче потомство. Це найпоширеніша одиниця для опису життя на Землі. Всі люди належать до одного виду, але існує безліч видів ґрунтових організмів.
**Характеристика **
будь-яка властивість, яку можна виміряти у окремої особини для опису її форми, рухливості, раціону харчування, поведінки або стратегії розмноження.
**Ультрафіолетове випромінювання **
частина сонячних променів, невидима для неозброєного ока, яка може спричинити сонячні опіки.
ПОДЯКИ
Автори висловлюють подяку консорціуму TEBIS (http://www.reseau-tebis.fr/) та різним НУО, таким як Les* petits**debrouillards* та CARABES, з якими автори співпрацюють з метою підвищення обізнаності громадян та заохочення захисту ґрунтів та їх біорізноманіття. Автори також висловлюють подяку Морган Арієтта Гано за якість детальних малюнків, наставнику та молодим рецензентам за їхні пропозиції, які покращили якість рукопису, а також Сьюзан Дебад за допомогу з англійською синтаксичною структурою, що покращило зрозумілість рукопису.
ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА
[1] Orgiazzi, A., Bardgett, R. D., Barrios, E., Behan-Pelletier, V., Briones, M. J. I., Chotte, J. L., et al. 2016. GlobalSoilDiversity**Atlas. Luxembourg: European Union. Available online at: esdac.jrc.ec.europa.eu/public_path/JRC_global_soilbio_atlas_online.pdf (accessed April 28, 2020).
[2] Bottinelli, N., Hedde, M., Jouquet, P., and Capowiez, Y. 2020. An explicit definition of earthworm ecological categories–Marcel Bouché’s triangle revisited. *Geoderma *372:114361. doi: 10.1016/j.geoderma.2020.114361
[3] Potapov, A. A., Semenina, E. E., Korotkevich, A. Yu., Kuznetsova, N. A., and Tiunov, A. V. 2016. Connecting taxonomy and ecology: trophic niches of collembolans as related to taxonomic identity and life forms. *Soil Biol. Biochem. *101:20–31. doi: 10.1016/j.soilbio.2016.07.002
[4] Pey, B., Nahmani, J., Auclerc, A., Capowiez, Y., Cluzeau, D., Cortet, J., et al. 2014. Current use of and future needs for soil invertebrate functional traits in community ecology. *Basic Appl. Ecol. *15:194–206. doi: 10.1016/j.baae.2014.03.007
[5] Capowiez, Y., Bottinelli, N., Sammartino, S., Michel, E., and Jouquet, P. 2015. Morphological and functional characterisation of the burrow systems of six earthworm species (Lumbricidae). *Biol. Fertil. Soils *51:869–77. doi: 10.1007/s00374-015-1036-x
[6] Rusch, A., Birkhofer, K., Bommarco, R., Smith, H. G., and Ekbom, B. 2015. Predator body sizes and habitat preferences predict predation rates in an agroecosystem. *Basic Appl. Ecology *16:250–9. doi: 10.1016/j.baae.2015.02.003
РЕДАКТОР: Ремі Бюгнон, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Germany
**ЦИТАТА: **Гано П., Бомель Л. та Оклер А. (2021) Зовнішній вигляд ґрунтових організмів може допомогти нам зрозуміти їх важливість. Front. Young Minds. 9:562430. doi: 10.3389/frym.2021.562430
**КОНФЛІКТ ІНТЕРЕСІВ: **Автори заявляють, що дослідження проводилося без будь-яких комерційних або фінансових відносин, які могли б бути розцінені як потенційний конфлікт інтересів.
АВТОРСЬКЕ ПРАВО © 2021 Гано, Бомель та Оклер: Це стаття з відкритим доступом, яка розповсюджується на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License (CC BY). Використання, розповсюдження або відтворення в інших форумах дозволено за умови, що оригінальні автори та власники авторських прав вказані, а також цитується оригінальна публікація в цьому журналі, відповідно до прийнятої академічної практики. Використання, розповсюдження або відтворення, що не відповідають цим умовам, заборонені.
МОЛОДІ РЕЦЕНЗЕНТИ
Джулія**, Вік: 13**
Я Джулія. Мені 13 років. Я люблю ходити до школи, а мій улюблений предмет - англійська мова. У вільний час я люблю гратися зі своїм собакою, грати в теніс і кататися верхи на коні. Влітку я люблю гратися у своєму маленькому басейні з друзями і разом з ними їздити на велосипедах по місту. А взимку я дуже люблю кататися на лижах з батьками і сусідами.
АВТОРИ
П’єр Гано
Під час кожної прогулянки на природі я не можу втриматися від того, щоб перевертати колоди та камені або шукати серед мертвого листя, щоб побачити, яке чудову тварину я знайду там. Ця цікавість спонукала мене вивчати біорізноманіття ґрунту та захистити докторську дисертацію на тему впливу суміші деревних порід на безхребетних ґрунту та ролі цих тварин у ґрунтових процесах. Я також співпрацюю з асоціаціями, щоб подолати розрив між вченими та громадянами, щоб ми могли всі разом вивчати, краще розуміти та захищати істот, що живуть у ґрунті. *pierre.ganault@gmail.com
Леа Бомель
Я є науковим постдоктором у Французькому національному інституті сільського господарства в Бордо. Мої дослідження спрямовані на краще розуміння впливу людської діяльності на біорізноманіття та функціонування ґрунтів. Під час навчання в аспірантурі у Версалі я вивчала реакцію дощових черв’яків на забруднення важкими металами. Під час роботи в якості наукового постдоктора у Франції та Німеччині я розширила свої дослідження, вивчаючи вплив різних забруднюючих речовин, реакцію цілих ґрунтових спільнот та наслідки змін біорізноманіття для процесів в екосистемах.
Аполін Оклерк
Я є доцентом з екології ґрунтів та біології в Університеті Лотарингії у французькому місті Нансі. Мої дослідження зосереджені на розумінні того, як міські та промислові ґрунтові екосистеми можуть бути домівкою для дивовижно високого рівня біорізноманіття, шляхом оцінки того, як безхребетні тварини, такі як дощові черв’яки, комахи, павуки, багатоніжки тощо, пристосовуються до особливих характеристик цих ґрунтів, на які впливає людина. Я також розробляю інструменти, які допомагають громадянам підвищити свою обізнаність щодо якості ґрунтів та їх невідомого біорізноманіття.
TRANSLATOR
Переклад виконала Лілія Гайдаш.
Фінансування (переклад)
Команда Translating Soil Biodiversity висловлює подяку Німецькому центру інтегрованих досліджень біорізноманіття (iDiv) Галле-Єна-Лейпциг, що фінансується Німецьким фондом досліджень (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: Ganault P, Beaumelle L and Auclerc A (2025) The Way Soil Organisms Look Can Help Us Understand Their Importance (Ukranian translation: Liliia Haidash). Translating Soil Biodiversity & Front. Young Minds. Originally published in 2021, doi: 10.3389/frym.2021.562430
Figures
Рисунок 1: Методи відбору проб і вивчення безхребетних ґрунту. Дрібні організми вилучають з невеликого зразка ґрунту шляхом його висушування і збору особин, що випадають із зразка. Великі, швидкорухливі організми, що живуть у листяному опаді, збирають, коли вони потрапляють у пастки-ями. Менш рухливі організми вилучають із ґрунтового блоку за допомогою лопати, а потім сортують вручну. Дощових черв’яків, що живуть глибоко в ґрунті, витягують, заливаючи їхні нори розчином гірчиці. Менш рухливі організми, що живуть у листяному опаді, можна ізолювати за допомогою апарату Берлезе, який висушує опади і утримує організми в банці (Джерело малюнка: www.lesbullesdemo.fr. Джерело фотографії: Apolline Auclerc, лабораторія EcoBioDiv).
Рисунок 2: Відмінності в морфологічних ознаках між дев’ятьма видами ґрунтових безхребетних, що належать до трьох груп: дощові черв’яки, жуки-бігунки та комахи-стрибунці (Джерело малюнка: www.lesbullesdemo.fr).
Рисунок 3: Діяльність ґрунтових організмів. (1) Дощовий черв’як, що живе і харчується мертвим листям. (2) Дощовий черв’як, що вилазить на поверхню ґрунту через свою велику, глибоку нору. (3) Дощові черв’яки, що живуть у ґрунті і риють багато нір. (4) Різні види комашок-стрибунців, які перетворюють мертве листя на фекальні гранули. (5) Комашка-стрибунець, яка втікає від хижака, стрибаючи за допомогою своїх пружиноподібних придатків. (6) Жук-бігунок, який харчується равликом. (7) Жук-бігунок, готовий до польоту (Джерело малюнка: www.lesbullesdemo.fr).