Новое моделирование жизни белой коллемболы, Folsomia candida, как шаг к реалистичной почвенной экологии в масштабе ландшафта.
Поскольку здоровье почвы становится определяющей целью Стратегии ЕС по почвам до 2030 года, исследователи из Орхусского университета переосмысливают подходы к моделированию жизни организмов в почве. Их новая пространственно-явная популяционная модель почвенного беспозвоночного Folsomia candida (ногохвостки) представляет собой значительный шаг вперед по сравнению со стандартными лабораторными исследованиями.
Folsomia candida — это вид мелких почвенных бескрылых членистоногих из класса коллембол (ногохвосток), принадлежащий к семейству Isotomidae. Он имеет всемирное распространение и является одним из самых известных и изученных видов коллембол на планете. В биологии и экологии Folsomia candida выполняет ту же роль, что и лабораторная мышь в медицине или дрозофила в генетике.
Вид официально признан Международной организацией по стандартизации (ISO) как стандартный тест-объект. С его помощью оценивают степень загрязнения почв тяжелыми металлами и другими токсичными веществами. Экологи изучают, как химикаты влияют на выживаемость, прыгательное поведение и размножение этих существ.
Более 60 лет традиционные экотоксикологические исследования предоставляли ценные базовые данные, но эти строго контролируемые лабораторные тесты часто игнорируют динамические факторы окружающей среды, такие как колебания температуры и влажности почвы. Для решения этой критической проблемы исследователи разработали высокореалистичную, поэтапно структурированную популяционную модель в рамках системы моделирования «Животные, ландшафт и человек» (ALMaSS). Формальная модель доступна в журнале открытого доступа Agricultural and Environmental Modelling.
«Эта модель наглядно представляет стадии развития: яйцо, личинка и взрослая особь, связывая развитие, размножение и выживание с условиями окружающей среды с помощью эмпирически параметризованных кривых температурной эффективности», — отмечают исследователи. Такой подход позволил нелинейно изучить, как популяции на самом деле реагируют на окружающую среду.
Новая формальная модель объединяет эти динамические элементы ландшафта, комбинируя статические свойства почвы с почасовыми данными о погоде, ростом растительности и ежедневными методами управления посевами. Ключевой особенностью инструмента является усовершенствованная система отслеживания влажности почвы, которая использует новаторский подход к интеграции данных об эвапотранспирации и физических свойствах почвы для точной оценки потенциала поверхностной почвенной влаги.
Используя ежедневные временные шаги для моделирования продолжительностью до пяти лет, модель воспроизводит динамику субпопуляций с высоким пространственным разрешением в 100 квадратных метров.
Несмотря на то, что текущая версия модели фокусируется исключительно на факторах стресса окружающей среды без воздействия химических веществ, её гибкая структура служит фундаментальной основой, которую можно легко расширить.
Благодаря интеграции модулей токсичности, модель позволит исследовать воздействие агрохимикатов, таких как пестициды и удобрения, на популяции в различных условиях европейского сельского хозяйства.
«Эта механистическая модель может улучшить интерпретацию стандартизированных лабораторных и более сложных мезокосмических тестов, предоставляя важнейший инструмент для оценки воздействия множественных стрессовых факторов в условиях, максимально приближенных к реальным экологическим условиям. В конечном итоге, подобные модели открывают путь к более научно обоснованным и реалистичным оценкам состояния экосистем в условиях меняющейся окружающей среды», — заключают исследователи.
Источник: издательство Pensoft Publishers. На заглавном графике вы видите методическую модель для оценки множественных стрессовых факторов в экосистеме. Автор: Лиян Се.