Фитотельма́ты[1][2] (от др.-греч. φῠτόν — «растение» + τέλμα, ατός — «стоячая вода», «болото») — небольшие водоёмы, образованные в листьях и цветках растений или дуплах деревьев[3]. Фитотельматы можно встретить в различных природных зонах от экваториальных лесов до приполярных тундр[4].
Термин предложил немецкий биолог Людвиг Варга в 1928 году. Он детально изучил видовой состав растений и животных, обитающих в пазухах листьев ворсянки, и, кроме того, обобщил известные на тот момент факты о заселении подобных местообитаний. Так, уже было известно, что разнообразные организмы заселяют листья в форме кувшинки у некоторых видов хищных растений, обитающих в тропической Азии (непентес) и Северной Америки (саррацения). К фитотельматам Варга отнёс и заполненные водой пазухи веток бука. До работ Варги учёные почти не обращали внимание на этот класс местообитаний, хотя о развитии кровососущих комаров в листьях растений упоминалось ещё в китайских трактатах династии Тан (между 618 и 905 годами н. э.). В конце XIX века о развитии водных животных на деревьях писал Фриц Мюллер[5]. В 1904 году году австралийский натуралист Александр Гамильтон[en] привёл первые сведения об обитателях листьев цефалота[6]. В 1922 году русский энтомолог Владимир Алпатов изучал фауну микроводоёмов во влагалищах листьев дудника лесного. На работу Варги обратил внимание Август Тинеманн и в 1932 году изучил фауну листьев-кувшинок[7].
Дендротельмами называют заполненные водой полости внутри дерева или углубления на его поверхности. Они наиболее широко представлены в тропических широтах. Выделяют две формы дендротельм: «кюветы» и «дупла». В первом случае углубления образуются при физической деформации дерева под воздействием внешних факторов, без повреждения коры. Во втором варианте отверстия образуются за счёт развития гнилостных процессов внутри дерева. Объём дендротельм может быть от нескольких миллилитров до 30 литров. Большие водоёмы могут сохранятся в течение длительного времени, например, резервуары в деревьях Lophostemon conferta, произрастающих во влажных тропических лесах на востоке Австралии, могут существовать более 50 лет. Основу трофической цепи составляет детрит, образующийся на дне дендротельм при разложении органических веществ. На видовой состав фауны влияют кислотность и температура воды, содержание в ней танинов и лигнинов. Пищевые цепочки в этих экосистемах короткие. Наиболее хорошо изучена фауна кровососущих комаров, развивающихся в дендротельмах. В микробном комплексе преобладают Proteobacteria и Bacteroidetes. Вещества, выделяемые бактериями, стимулируют развитие комаров рода Aedes, являющихся переносчиками лихорадки денге и жёлтой лихорадки[8].
Образование фитотельматов в стеблях бамбука происходит если стебель будет сломан в результате естественных причин или срублен человеком. Отсеки, образуемые междоузлиями, водонепроницаемы и это способствует длительному сохранению воды в этих резервуарах. Объём таких фитотельмат может достигать 1 литра. Сообщества организмов могут формировать здесь довольно сложные пищевые цепи, длина которых зависит от степени открытости фитотельмата и объёма питательных веществ, накопленного в нём[9].
Фитотельматы в листьях и прицветниках образуются преимущественно у однодольных растений из семейств коммелиновых, пальмовых и Liliidae. Максимальный объём воды достигает 100 мл, поэтому пищевые цепи в этих биотопах очень короткие. Несмотря на небольшой объём эти резервуары активно заселяются насекомыми. В Новой Гвинее все соцветия куркумы Curcuma australasica были заселены личинками кровососущих двукрылых. Прицветники геликонии, обитающей в Южной Америке, могут содержать до 20 мл воды. Эта вода содержит нектар и части цветков, которые разлагаются бактериями. Из животных наиболее часто в этих фитотельматах встречаются лёгочные моллюски[10], личинки двукрылых и жесткокрылых насекомых[11] и некоторые лягушки (Ranitomeya ventrimaculata)[12][5]. В прицветниках геликонии обитает специфическая инфузория Paramecium multimicronucleatum[13]. Обилие этой инфузории зависит от количества личинок комаров, которые ими питаются. Перенос инфузорий с одного растения на другое осуществляется улитками и двукрылыми. В умеренных широтах такие фитотельматы чаще образуются на двудольных, например дягиле и ворсянке[10]. Фитотельматы образуются, кроме того, в розетках листьев пандановых. На Гавайских островах в них развиваются два эндемичных вида стрекоз — Megalagrion kauaiense и Megalagrion koelense[14].
Растения-кувшины имеют видоизменённые листья, которые способны собирать воду. Эти растения насекомоядны и встречаются в Австралии (Cephalotaceae), Южной Азии (Nepenthes) и Северной Америке (Sarraceniaceae). Насекомые, тонущие в этих водоёмах, разлагаются или ферментами выделяемыми самим растением, или обитающими в них бактериями. В кувшинках Cephalotus follicularis в Австралии обитают личинки беспозвоночных и одноклеточные водоросли рода Protococcus[15]. Из насекомых в кувшинках развиваются личинки эндемичного для юго-запада Австралии вида мух-ходуленожек Badisis ambulans. Личинки питаются разлагающейся добычей кувшина и окукливаются в нём. Задниедыхальца у личинки атрофированы, поэтому она поглощает кислород из жидкости кувшина всей поверхностью тела[16]. Объём кувшинки непентеса достигает 2 литров. В фитотельмах Nepenthes melamphora встречаются 7 видов раковинных амёб: Centropyxis aculeata, Difflugia constricta, Lesquereusia epistomium, Arcella vulgaris, Cochliopodium bilimbosum, Amoeba guttula и Amoeba nepenthesi. С возрастом в фитотельматах увеличивается объём органики и это приводит к повышению видового разнообразия беспозвоночных, обитающих в них. Из растений-кувшинов Северной Америки только у Sarracenia purpurea могут формироваться устойчивые длительно существующие сообщества, поскольку другие виды обитают в засушливом климате и вода в кувшинах быстро испаряется[15]. В фитотельматах непентесов формируются довольно сложные взаимоотношения между их обитателями. Основной ресурс, за который идёт борьба между обитателямми фитотельматов, — это растворимый азот. Было показано, что в фитотельматах, в которых имеются хищники, концентрация азота выше, чем в тех, откуда они были удалены[17][18][19].
Бромелиевые, многие из которых являются эпифитами, встречаются преимущественно в Центральной и Южной Америке. Фитотельматы расположены в основании розеток листьев и существуют круглый год, позволяя развиваться многочисленным, специфичным и разнообразным в видовом отношении водным организмам[20]. В Коста-Рике в фитотельматах бромелий уже к 1913 году было замечено около 400 видов беспозвоночных. Фитотельматы бромелиевых служат местом развития яиц и головастиков лягушек древолазов (семейство Dendrobatidae). Через некоторое время после откладки икры, самка лягушки возвращается к тому же фитотельмату и откладывает в него неоплодотворённые икринки, которые служат пищей развивающимся головастикам. Часто в одном резервуаре до взрослой стадии доживает только одна особь из-за выраженного каннибализма, характерного для головастиков этих лягушек[21]. Разнообразие беспозвоночных, обитающих в фитотельматах, зависит от открытости отверстия и объёма фитотельмата, расстояния от земли и от температуры воды[22]. Увеличение биоразнообразия с высотой связывают с растущей интенсивностью солнечного света и большим накоплением дождевой воды. Более крупные бромелии обладают большей водоудерживающей способностью, что увеличивает время, необходимое для завершения цикла развития его обитателей[23].
Часто фитотельматы образуются также в упавших плодах, листьях и прицветниках растений, например, скорлупе кокосовых орехов, плодов какао. В воде, накапливающейся в этих резервуарах, обитают личинки беспозвоночных и головастики лягушек древолазов[24]. На острове Майотта, около Мадагаскара, в расколотых кокосовых плодах развиваются кровососущие комары Eretmapodites subsimplicipes и Aedes aegypti (комар жёлтолихорадочный)[25].
В сообществах фитотельмат Nepenthes rafflesiana и Nepenthes hemsleyana в Юго-Восточной Азии преобладают Proteobacteria[26], кроме них регулярно отмечали Actinobacteria (15,8 %), Bacteroidetes (17,2 %) и Firmicutes (8,8 %)[27]. Среди экологических групп бактерий значительную роль играют азотфиксирующие бактерии порядков Rhizobiales (Mesorhizobium, Methylosinus) и Burkholderiales (Burkholderia). В жидкости кувшина встречали представителей семейства Enterobacteriaceae и родов Lactobacillus, Mobiluncus и Anaerococcus, которые являются преимущественно кишечными симбионтами позвоночных и насекомых. На внешних стенках кувшина идентифицированы бактерии рода Clostridium. Численно доминирующей группой в жидкости были ацидофильные бактерии рода Acidocella, составлявшие до 74 % от общего числа клеток микроорганизмов. Это объясняется очень высокой кислотностью среды обитания — от 2,1 до 2,7 pH[26]. У бромелий родов Aechmea и Werauhia в Коста-Рике состав бактериального сообщества фитотельмат зависит от кислотности среды. В резервуарах с pH жидкости выше 5,3 преобладали Betaproteobacteria, Firmicutes и Bacteroidetes. В фитотельматах с pH менее 5,1 преобладают Alphaproteobacteria, Acidobacteria, Planctomycetes и Bacteroidetes[28].
В фитотельмах мексиканских бромелий Bromelia и Tillandsia обнаружено 27 видов инфузорий, из них были наиболее широко распространены виды Drepanomonas revoluta, Leptopharynx bromeliophilus и Tetrahymena sp. Большинство видов, обнаруженных в фитотельмах, встречаются также в почве и обычно являются космополитами, а вид Gonostomum bromelicola, найденный только в фитотельмах, ограничен в распространении неотропической областью[29]. В Бразилии 92 вида инфузорий, принадлежащих 14 отрядам, обнаружены в фитотельматах Aechmea distichantha. Видовое разнообразие инфузорий в засушливый сезон было выше, чем в сезон дождей[30].
В фитотельматах бромелии Catopsis berteroniana, растущей в хорошо освещённых местообитаниях во Французской Гвиане, численность водорослей варьировала от 9,5×103 до 2,6×105 клеток/мл. Биомасса их составляла около 30 % от общей микробной биомассы сообщества. Отмечается, что водоросли составляют основу рациона питания живущих в фитотельмате личинок кровососущих комаров[31]. Видовой состав эвгленовых водорослей в фитотельматах бромелий Alcantarea nahoumii, Hohenbergia littoralis, Aechmea lingulatoides и Hohenbergia stellata изучался в Бразилии. Относительно более щелочную среду (pH около 6) предпочитает Euglena mutabilis, хотя она была обнаружена и в фитотельмах с более кислой средой. Наиболее ацидофильным видом эвгленовых был Phacus wettsteinii, развивающийся при pH около 3,3. Помимо кислотности на состав и обилие эвглен влияют освещённость и наличие органики. При затенении многие виды этой группы становятся бесцветными и переходят на сапротрофное питание[32].
В фитотельматах обитает большое число групп беспозвоночных, в том числе коловратки, ракушковые и веслоногие ракообразные, плоские черви, нематоды, олигохеты, пиявки, насекомые и паукообразные, многие из которых не определены до вида[22][23][33].
Живущие в фитотельматах бромелий Canistropsis billbergioides и Nidularium procerum нематоды из отряда рабдитид (Acrobeles, Bunonema, Cephalobus) питаются бактериями. Представители родов Aphelenchus, Aphelenchoides, Paraphelenchus потребляют микроскопические грибы. Беспозвоночных потребляют дориляймиды родов Actinca, Dorylaimus, Mononchus. Простейшими питаются эноплиды рода Anoplostoma. Преобладающими во видовому разнообразию группами являются группы бактериофагов и хищников. Максимальная численность нематод отмечена в период с октября по апрель[34]. В фитотельмах бамбука и дендротельмах 17 видов древесных растений на острове Цусима (Япония), кроме нематод были обнаружены кольчатые черви из семейства Naididae, но в целом обе эти группы червей не играют большой роли в сообществах фитотельмат[35].
В тропических регионах с фитотельматами связано около 50 видов стрекоз из 24 родов[36]. В пазухах листьев панданов на Новой Гвинее обитают 26 эндемичных видов стрекоз-стрелок рода Papuagrion. Предполагают, что их предки, предположительно из рода Teinobasis, обитают в стоячих водоёмах с плохо аэрируемой водой, что послужило предпосылкой к заселению ими фитотельмат[37]. В кувшинах бромелиевых в Южной Америке живут представители рода Bromeliagrion и Leptagrion[38][39][40]. В Панаме в дуплах деревьев встречаются стрекозы Gynacantha membranalis, Megaloprepus coerulatus, Mecistogaster linearis и Mecistogaster ornata[36]. В Восточной Африке в дендротельмах развиваются стрекозы Coryphagrion grandis[41].
Жизнедеятельность муравья Colobopsis schmitzi тесно связана с кувшинами Nepenthes bicalcarata. Они способны передвигаться по скользким краям кувшина, нырять в жидкость кувшина и плавать в ней без вреда для себя. Они питаются насекомыми, попавшими внутрь фитотельмата и потребляют нектар, выделяющийся на поверхности цветка[19].
Широко представлены в фитотельматах комары-звонцы. К наиболее распространённым родам звонцов в фитотельматах относятся Metriocnemus, Polypedilum и Monopelopia, иногда встречаются Chironomus и Tanytarsus[42][43]. В жидкости Nepenthes ampullaria обитают хищные личинки Xenoplatyura beaveri из семейства грибных комаров. На поверхности жидкости они выделяют липкую паутинную сеть, для отлавливания имаго комаров Phoridae и Culicidae, также обитающих в фитотельматах. Грибные комары поселяются в непентесе после заселения его другими комарами, поэтому они предотвращают вылет из кувшина взрослых комаров и этим способствуют сохранению питательных веществ внутри фитотельмата[17].
В фитотельматах различных типов обитают личинки кровососущих комаров. По оценкам специалистов, только в фитотельматах бромелий встречаются более 200 видов этого семейства. Наиболее тесно связаны с фитотельматами представители родов Culex (подрод Microculex), Aedes (подрод Howardina), Wyeomyia и Anopheles (подрод Kerteszia). Комары, развивающиеся в фитотельматах, часто являются переносчиками опасных вирусных заболеваний, таких, например, как лихорадка денге[44].
Пауки в фитотельмах встречаются редко. В Бразилии при обследовании фауны фитотельмат бромелий Aechrnea aquilega и Hohenbergia ramageana обнаружен паук-птицеед Pachistopelma rufonigrum. Над одним из листьев паук плетёт навес из паутины и остаётся за ним. В случае опасности паук скрывается в фитотельмате, иногда полностью погружаясь в воду. Таким образом, паук получает убежище, а бромелия использует остатки пищи паука как источник азота[45]. В фитотельматах Nepenthes gracilis обитают пауки Thomisus nepenthiphilus и Misumenops nepenthicola. Было показано, что пауки оказывают существенное влияние на динамику численности обитателей фитотельматов[18].
В 1927 году американский зоолог Гладвин Нобл[en] описал откладывание яиц в фитотельматы эндемичной для Танзании лягушкой Hoplophryne uluguruensis. Это первое свидетельство использования бесхвостыми амфибиями микроводоёмов в листьях растений для размножения. Поначалу этот факт воспринимался как отклонение от нормы. В дальнейшем выяснилось, что это довольно распространённое явление в тропических лесах. К 2004 году было отмечено уже более 100 подобных видов из 9 семейств и 44 родов[46].
На Тайване лягушки Kurixalus eiffingeri откладывают яйца в фитотельматы, образующиеся в пнях бамбука Phyllostachys edulis. Эти яйца поедаются хищным слизнем Parmarion martensi и поражаются хитридиомицетами. Самки лягушек неоднократно посещают кладку, для откладки неоплодотворённых яиц, которыми питаются головастики. Кроме того кладки посещаются самцами. Если препятствовать самцам посещать кладки, то увеличивается смертность яиц от паразитов и хищников. Было замечено, что самец распознаёт слизней как хищников и удаляет любые другие подозрительные объекты, которые могут повредить яйцам. Кожные выделения самца, попадающие в воду, ограничивают рост паразитических грибов[47].
Растение Nepenthes rafflesiana var. elongata, растущее на острове Калимантан, практически не посещается насекомыми. Однако, над жидкостью, скапливающейся в кувшинах этого растения, регулярно были замечены на ночёвке летучие мыши Kerivoula hardwickii. Взаимоотношение этих видов является примером мутуализма. Расстояние от поверхности жидкости до края кувшина составляло около 15 см, что представляет идеальное укрытие для этих животных. Растение получает азот из фекалий этих летучих мышей. Расчёты показывают, что растение получает таким способом почти 38 % от необходимого ему азота[48].
Сведения о существовании фитотельматов в прошлые геологические эпохи очень скудны, однако обнаружение типично водных насекомых в ископаемых янтарях говорит о существовании полостей, заполненных водой, в деревьях, из смолы которых образовался янтарь[49]. В доминиканском янтаре, датируемом верхним эоценом, обнаружены клоп Microvelia polhemi и кровососущий комар Anopheles dominicanus[50][51].
Эта статья выставлена на рецензию. Пожалуйста, выскажите своё мнение о ней на подстранице рецензии. |
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .