Gyvenimas LEO: augalai, kurie bus įtraukti į kraštovaizdžio evoliucijos observatoriją Biosphere 2

Gyvenimas LEO: augalai, kurie bus įtraukti į kraštovaizdžio evoliucijos observatoriją Biosphere 2

Danielis Stolte, universiteto komunikacijos

spalio mėn. 2021 m. 12 d

Vienas iš trijų dirbtinių kalvų šlaitų kraštovaizdžio evoliucijos observatorijoje. Kiekviename iš jų yra 1900 jutiklių ir mėginių ėmimo prietaisų, kurie leidžia mokslininkams stebėti vandens, anglies ir energijos ciklo procesus bei fizinę ir cheminę kraštovaizdžio raidą mažu ir dideliu mastu.
Aronas Bugajus

Nacionalinis mokslo fondas skyrė 3,5 mln. USD Arizonos universiteto mokslininkų vadovaujamai komandai, kuri ištirtų, kaip gyvybė vyrauja nevaisinguose kraštovaizdžiuose, pavyzdžiui, miškų gaisrų, ugnikalnių išsiveržimų ar kasybos operacijų sutrikdytuose kraštovaizdžiuose.

Tyrimas suteiks naujų įžvalgų apie besikeičiančio klimato poveikį tokiems kraštovaizdžiams ir kada nors gali padėti astronautams auginti pasėlius Marse.

Kraštovaizdžio evoliucijos observatorija yra po plieno ir stiklo architektūra Arizonos Biosphere 2.

Kraštovaizdžio evoliucijos observatorija yra po plieno ir stiklo architektūra Arizonos Biosphere 2.
Aronas Bugajus

Mokslininkai iš Arizonos, Lawrence’o Berkeley nacionalinės laboratorijos ir Kalifornijos liuteronų universiteto sukurs ištisą ekosistemą su augalais, dirbtiniu lietumi ir sudėtingomis stebėjimo technologijomis dideliuose dirbtinių kalvų šlaituose Landscape Evolution Observatory arba LEO, esančioje Arizonos biosferoje 2. Eksperimentas pasiūlys mokslininkams išsamų žvilgsnį į tai, kaip atsirandantys augalai sąveikauja su dirvožemiu, vandeniu ir atmosferos anglies dioksidu, kad sukurtų sudėtingesnes ekosistemas.

„Trumpai tariant, mes ruošiamės suteikti gyvybę LEO augalų pavidalu“, – sakė jis Skotas Saleska, Ekologijos ir evoliucinės biologijos katedros profesorius, šių metų pradžioje pradėjęs eiti LEO mokslo direktoriaus pareigas. „Ši dotacija leis mums atsakyti į pagrindinį ekologijos klausimą: ar galime numatyti, kas atsitiks, kai sukursime ekosistemą nuo nulio? ŠIANDIEN leidžia mums tiesiogine prasme stebėti, kaip gyvenimas sudėtingas nuo nulio.“

LEO yra didžiausias pasaulyje tarpdisciplininių žemės mokslų laboratorinis eksperimentas. Eksperimentą sudaro trys dirbtiniai kraštovaizdžiai, imituojantys gamtos pasaulio vandens baseinus, kurių kiekvienas yra įmantriose plieninėse konstrukcijose, esančiose trijose gretimose įlankose po stikliniais ir plieniniais Biosphere 2 kupolais. Kiekvienas kalvos šlaitas yra 100 pėdų ilgio ir 35 pėdų pločio ir padengtas antklode. su 1 milijonu svarų susmulkintos bazalto uolienos, sluoksniuotos 3 pėdų gylyje. Kiekvienas LEO kalvų šlaitas yra nusagstytas 1900 jutiklių, kurie leidžia mokslininkams stebėti kiekvieną kraštovaizdžio evoliucijos žingsnį – nuo ​​negyvos dirvožemio iki gyvo, kvėpuojančio kraštovaizdžio, kuris galiausiai palaikys sudėtingas mikrobų ir kraujagyslių augalų bendrijas.

Samanos, augančios ant vulkaninės uolienos

Pirmieji organizmai, kolonizuojantys nevaisingą kraštovaizdį, yra mikrobai ir ne tokie sudėtingi augalai, kaip šios samanos, augančios Kraštovaizdžio evoliucijos observatorijoje, kalvos šlaito dirvožemiuose, sukurtuose iš susmulkintos bazalto uolienos, atsiradusios per ugnikalnio išsiveržimą.
Aronas Bugajus

Per pastaruosius penkerius metus mokslininkai naudojo LEO, kad įgytų išsamių žinių apie kraštovaizdžio vystymąsi, kai nėra augalų, išskyrus mikrobus ir samanas. Šiuose tyrimuose pagrindinis dėmesys buvo skiriamas dirvožemio ir vandens sąveikai, o vanduo tiekiamas naudojant sudėtingą drėkinimo sistemą, imituojančią įvairių rūšių lietų. Naujoji NSF dotacija pradeda naują projekto etapą, leidžiantį tyrėjams ištirti sudėtingesnes fizinių ir biologinių LEO ekosistemos komponentų sąveikas, ypač tarp mažyčių mikrobų bendruomenių ir aukštesnių augalų.

Vanduo, vanduo visur – bet ką tai daro ir kur jis nueina?

Pasaulis susiduria su vis aktualesniu klausimu, kaip geriau suprasti ir valdyti sudėtingas fizines ir biologines sistemas, kad būtų išspręstos neatidėliotinos problemos, pavyzdžiui, kaip atkurti nualintus kraštovaizdžius, praktikuoti tvarų ekosistemų valdymą ir teraformines planetas už Žemės ribų. Terraformavimas yra mokslas apie priešiškos aplinkos pavertimą žeme, kurioje galima auginti pasėlius.

Į LEO įtraukdama augalus su šaknimis ir kraujagyslių sistemomis, Saleskos komanda tirs, kaip augalų gyvybė veikia nusistovėjusią fizinę sistemą ir išbandys hipotezes apie augalų ir mikrobų sąveiką.

Projekto vadovas Katrina Dlugosch, ekologijos ir evoliucinės biologijos docentas, liucerną pasirinko kaip pavyzdinį augalų organizmą, sodintiną LEO, nes ji buvo nuodugniai ištirta, o jos genomas sekvenuotas ir yra gerai žinomas. Liucerna taip pat dažnai patenka į simbiozes – arba bendradarbiauja – su mikrobais, galinčiais išvalyti iš atmosferos azotą ir paversti jį maistinėmis medžiagomis, kurias gali panaudoti augalai.

Vaizdas iš po vieno iš LEO kalvos šlaitų

Trys milžiniški LEO kalvos šlaitai remiasi apkrovos elementais – elektroninėmis grandinėmis, kurios matuoja šlaito turinio svorio pokyčius, priklausomai nuo to, kiek vandens įpilama, nuteka arba pasišalina išgaruojant ar transpiruojant.
Aronas Bugajus

„Liucerna yra viena iš pagrindinių pirminės sukcesijos ypatybių – gyvybės procesas, kolonizuojantis aplinką, kuri turi labai mažai ką pasiūlyti maistinių medžiagų atžvilgiu“, – aiškino Dlugoschas.

„Manome, kad šioje atšiaurioje aplinkoje bus labai atrinkta, kaip šie augalai užmezga ir palaiko savo partnerystę su mikrobais, ir mes norime suprasti tiek to ekologiją, tiek šios kalvos šlaito bendruomenės biologinę evoliuciją. . kaip visuma“, – sakė jis Malak TfailyUArizonos aplinkos mokslų katedros docentas.

Komanda taip pat naudos LEO kalvų šlaitus kaip gamtos pasaulio vandens baseino aplinkos modelius. Eksperimentais bus patikrinta, kaip vanduo teka per kraštovaizdį, kaip tai veikia uolienų atmosferą į dirvą ir šių procesų poveikį kraštovaizdžiui ir jų biologiniam tinkamumui gyventi.

„Pagrindinis klausimas yra toks: kas atsitiks su lietumi? sakė Petras Trochas, Arizonos hidrologijos ir atmosferos mokslų profesorius ir projekto valdymo komiteto narys. „Mes išbandysime, kaip vandenį naudoja augalai, įsisavindami vandenį iš šaknų arba kaip jis prisideda prie vandeningojo sluoksnio papildymo ir srauto.

Trochas tikisi, kad rezultatai suteiks informacijos apie žemėtvarkos praktiką, pvz., vandens išsaugojimo priemones riboto vandens aplinkoje ir augalų pasirinkimą atkuriant kraštovaizdį.

Saleska pridūrė, kad pagrindinė projekto dalis yra jo mastelio keitimas. Tai, ką mokslininkai išmoko tyrinėdami mažas LEO kalvos šlaituose augančių augalų lopinėlius, galima pritaikyti ir pilnam kraštovaizdžiui.

Projektą, pavadintą „Naujo kraštovaizdžio teraformacijos mokslo auginimas: uolienų, skysčių ir gyvybės konvergencija, kad susidarytų sudėtingos ekosistemos įvairiose skalėse“, NSF pasirinko pagal Augančios konvergencijos tyrimų programą, kuria siekiama išspręsti sudėtingas tyrimų problemas. sutelkti dėmesį į visuomenės poreikius. Be hidrologijos, geochemijos, evoliucinės genomikos ir ekologijos ekspertų, LEO komandą sudarys antropologai, tyrinėjantys mokslo kultūras, kurių tikslas – atrasti naują kelią, kaip istoriškai atskirų disciplinų mokslininkai galėtų geriau dalytis ir integruoti savo idėjas ir įžvalgas. pasaulio nauda.

„Tai yra itin konkurencingos dotacijos, specialiai sukurtos siekiant išspręsti kai kuriuos didžiausius pasaulio iššūkius, o tam, kad jas būtų galima apsvarstyti, reikalingas tarpdalykinės stipendijos ir technologinių pajėgumų portfelis, kurį universitetas puikiai sujungia“, – sakė Arizonos universiteto prezidentas. Robertas C. Robbinsas. „Faktas, kad mūsų mokslininkai ir toliau pritraukia tokio tipo stipendijas, byloja apie unikalią talentų, technologijų ir atkaklumo ekosistemą, kurią mūsų fakultetas pateikia.“

Kiti LEO projekto valdymo komiteto nariai yra Jonas ChoroverisAplinkotyros katedros vedėjas; Jennifer CroissantLyčių ir moterų studijų katedros docentė; Elizabeth „Betsy“ Arnold, Augalų mokslų mokyklos ir Ekologijos ir evoliucinės biologijos katedros profesorius; ir William Riley, Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos Berklyje vyresnysis mokslininkas.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.