Уличное освещение делает листья деревьев слишком жесткими для насекомых, угрожая пищевым цепям

Световое загрязнение нарушает циркадные ритмы и экосистемы по всему миру. Для растений, зависящих от света в процессе фотосинтеза, его эффекты могут быть особенно глубокими. Ученые, опубликовавшие статью в Frontiers in Plant Science, обнаружили, что воздействие высокого уровня искусственного света ночью делает листья деревьев более жесткими и трудными для поедания насекомыми, что угрожает городским пищевым цепям.

"Мы заметили, что по сравнению с естественными экосистемами, листья деревьев в большинстве городских экосистем обычно демонстрируют мало признаков повреждения насекомыми. Нам стало интересно, почему", — сказал автор-корреспондент доктор Шуан Чжан из Китайской академии наук. "Здесь мы показываем, что у двух самых распространенных видов деревьев в Пекине искусственный свет ночью привел к увеличению жесткости листьев и снижению уровня их повреждения фитофагами".

Проливая свет на проблему

Искусственное освещение увеличило уровень ночной яркости почти на 10%: большинство населения мира испытывает световое загрязнение каждую ночь. Поскольку свойства растений влияют на их взаимодействие с другими растениями и животными, любые изменения, вызванные искусственным светом, могут оказать значительное влияние на экосистему.

"Листья, свободные от повреждений насекомыми, могут приносить утешение людям, но не насекомым", — сказал Чжан. "Фитофагия — это естественный экологический процесс, поддерживающий биоразнообразие насекомых".

Ученые предположили, что растения, испытывающие высокий уровень искусственного света, будут сосредотачиваться на защите, а не на росте, производя более жесткие листья с большим количеством химических защитных соединений. Чтобы проверить это, они выбрали два распространенных вида уличных деревьев: японскую софору (пагоду) и зеленый ясень. Хотя эти деревья во многом схожи, у японской софоры более мелкие и мягкие листья, которые предпочитают фитофаги.

Ученые определили 30 точек отбора проб с интервалом примерно 100 метров на главных дорогах, которые обычно освещены всю ночь. Чтобы определить уровень воздействия искусственного освещения, они измерили освещенность в каждой точке. Было собрано и оценено почти 5500 листьев на предмет повреждения насекомыми и признаков, которые могут быть затронуты искусственным светом, таких как размер, жесткость, содержание воды, а также уровни питательных веществ и химической защиты.

Более крупные листья указывали бы на распределение ресурсов в рост, а жесткость и более высокие уровни химической защиты, такие как танины, — на распределение ресурсов в защиту. Между тем, более высокие уровни воды и питательных веществ указывают на более качественное питание, привлекающее фитофагов.

Трудно проглотить

Для обоих видов деревьев более высокий уровень искусственного света означал более жесткие листья. Чем жестче лист, тем меньше свидетельств повреждения насекомыми. Чем интенсивнее свет, тем чаще ученые встречали листья, которые вообще не показывали никаких признаков фитофагии.

"Основной механизм этой закономерности еще не до конца понятен", — сказал Чжан. "Возможно, деревья, подвергающиеся воздействию искусственного света ночью, могут увеличивать продолжительность фотосинтеза. Кроме того, эти листья могут выделять большую долю ресурсов на структурные соединения, такие как волокна, что может привести к увеличению жесткости листа".

Японские софоры, подвергшиеся большему искусственному освещению, имели более низкий уровень питательных веществ, таких как фосфор: там, где листья софоры имели больше питательных веществ, происходило больше повреждений. Но на листья зеленого ясеня более высокий уровень света влиял сильнее: у них был более высокий уровень азота, меньший размер листьев и более низкая химическая защита.

Это может быть связано с тем, что зеленый ясень менее предпочтителен для фитофагов, поэтому он может позволить себе распределять ресурсы на рост. Между тем, японская софора вкладывает больше ресурсов в защиту, снижая содержание питательных веществ.

Насекомые остаются голодными

"Снижение фитофагии может привести к трофическим каскадным эффектам в экологии", — сказал Чжан. "Более низкий уровень фитофагии подразумевает меньшую численность насекомых-фитофагов, что, в свою очередь, может привести к снижению численности хищных насекомых, насекомоядных птиц и так далее. Сокращение численности насекомых — это глобальная тенденция, наблюдаемая в последние десятилетия. Мы должны уделять больше внимания этой тенденции".

Хотя жесткость листа является механической защитой от поедания, возможно, что другие факторы способствуют снижению фитофагии: например, больше света может сделать насекомых более заметными для их хищников. Для полного понимания эффектов искусственного света потребуются дальнейшие исследования.

"Наше исследование проводилось только в одном городе и касалось всего двух видов деревьев", — предостерег Чжан. "Это ограничение мешает нашей способности обобщать выводы на более широкие пространственные и таксономические масштабы. Исследования о том, как урбанизация влияет на насекомых и связанные с ними экологические процессы, все еще находятся в зачаточном состоянии".