Повышение уровня CO₂ снижает питательность растений, что ведёт к сокращению популяций насекомых

Популяции саранчовых, как и многих других насекомых, сокращаются. Мы с коллегами определили нового возможного виновника: растения, которыми питаются саранчовые, становятся менее питательными из-за повышенного уровня углекислого газа в атмосфере.

Растущий уровень CO₂ в атмосфере способствует росту растений, снабжая их дополнительным углеродом. Но этот избыточный углерод вытесняет другие питательные вещества, необходимые травоядным — насекомым и людям. Такие быстрорастущие растения становятся менее насыщенными питательными веществами, такими как азот, фосфор и натрий.

На нашем участке исследований в прерии Канзаса мы показали, что для более чем 40 видов саранчовых общая численность сокращается более чем на 2% в год. Это привело к общему снижению численности саранчовых за последние два десятилетия примерно на треть. Сокращение популяций коррелирует со снижением питательности растений в прерии.

Мы называем это «гипотезой разбавления питательных веществ»: повышенный уровень CO₂ делает растения менее питательными, и насекомые расплачиваются за это.

Экологи до сих пор фокусировались на использовании пестицидов и утрате естественной среды обитания как причинах сокращения численности насекомых. Однако на большом охраняемом участке прерии, где мы работаем, эти факторы маловероятны. При этом ежегодное снижение численности саранчовых на 2% поразительно похоже на 2%-ное снижение, зафиксированное в долгосрочных исследованиях бабочек и мотыльков по всему миру.

Другие факторы, безусловно, вредят популяциям насекомых во многих местах. Но поскольку CO₂ увеличивается глобально, мы подозреваем, что разбавление питательных веществ, вероятно, плохая новость для растительноядных насекомых в самых разных средах обитания. Поскольку насекомые являются ключевыми звеньями всех наземных пищевых цепей, их потеря затрагивает многие другие организмы.

Как проводилось исследование

Исследование проводилось на охраняемой территории Konza Prairie в Канзасе, где данные о растениях и насекомых собираются с начала 1980-х годов. Мы опирались на эти долгосрочные данные и физические образцы прошлых лет.

Численность саранчовых колеблется с примерно пятилетним циклом, связанным с климатическими изменениями. Наличие многолетних данных позволило нам чётко отделить эти циклы от долгосрочной тенденции к снижению и увидеть роль растущего уровня CO₂.

Что остаётся неизвестным?

Разбавление питательных веществ из-за CO₂ — убедительная гипотеза для объяснения массового сокращения численности насекомых. Наши данные согласуются с другими экспериментами, где нагнетание CO₂ в экосистемы снижало питательность растений и рост насекомых.

Но надёжные данные о численности насекомых во времени всё ещё редки. Остаётся много вопросов:

• Насколько широко распространено разбавление питательных веществ в экосистемах мира?
• Сильнее ли всего страдают растительноядные насекомые?
• Какие экосистемы пострадают больше всего?

В настоящее время у экологов даже нет базовых оценок численности для большинства видов беспозвоночных, которые составляют подавляющее большинство животного разнообразия.

Если разбавление питательных веществ из-за CO₂ действительно широко распространено, оно, вероятно, будет влиять на экосистемы и организмы Земли — включая людей — на протяжении многих поколений, по крайней мере, пока сжигаются ископаемые виды топлива и уровень CO₂ продолжает расти.