تمتص أوراق النبات المعادن النادرة مباشرة من الغبار الجوي

يعتبر علم النبات الكلاسيكي التربة المصدر الوحيد للتغذية المعدنية للنباتات البرية. يعمل الغبار الجوي المتساقط على تسميد المحيطات، لكن دوره على الأرض قد انخفض منذ فترة طويلة إلى إثراء التربة ببطء شديد لمدة ألف عام. ظل الامتصاص المباشر للمواد من خلال أوراق الشجر في البرية غير مدروس، حيث واجه علماء الأحياء صعوبة في التمييز بين الغبار الطازج واحتياطيات التربة القديمة. أجرى مؤلفو الدراسة، التي نشرت في مجلة New Phytologist، تجربة ميدانية لمدة ثلاثة أشهر في جبال يهودا (إسرائيل). وقاموا بتركيب حواجز وقائية حول ثلاثة أنواع من الشجيرات المحلية ومحاكاة العواصف الترابية بشكل مصطنع. تم استخدام الغبار البركاني من سفوح جبل إتنا كسماد. يحتوي هذا الغبار على نسبة محددة من العناصر الأرضية النادرة (اللانثانيدات)، والتي تختلف تمامًا عن تركيبة التربة المحلية وبالتالي تعمل كعلامة كيميائية. بالنسبة لمجموعة واحدة من النباتات، تم وضع الغبار على الأوراق، وبالنسبة لمجموعة أخرى تم رشه تحت الجذور. وبعد ثلاثة أشهر، قام علماء الأحياء بإزالة الغبار المتبقي، وأحرقوا أنسجة البراعم والجذور في الحمض، وقاموا بقياس تركيز المعادن باستخدام مطياف الكتلة. واستنادًا إلى البيانات الميدانية، تم حساب معامل الاستيعاب – وهو النسبة الدقيقة للمعادن التي تستطيع الورقة امتصاصها فعليًا من ذرة واحدة من الغبار المتساقطة. ثم قام الباحثون بقياس هذا المقياس ليشمل الكوكب بأكمله باستخدام النمذجة الجغرافية المكانية. لقد جمعوا بين نماذج الأقمار الصناعية لانتقال الغبار من الصحارى في الغلاف الجوي، وقواعد بيانات التركيب الكيميائي لهذا الغبار، والخرائط العالمية لاستنزاف التربة. ومن خلال ضرب المتغيرات، قامت خوارزمية حاسوبية بحساب حصة إمدادات الهواء للغابات في جميع أنحاء العالم. أكدت الاختبارات الميدانية امتصاص الأوراق بشكل مباشر. في الشجيرات التي تلقت الغبار على التاج، زاد تركيز الحديد في البراعم أربع مرات، والنيكل – بمقدار 3.3 مرة، والمنغنيز والنحاس – بمقدار مرة ونصف إلى مرتين. في النباتات ذات التغذية الجذرية، ظلت المؤشرات دون تغيير تقريبًا. أظهر تحليل الغسلات أن الأوراق تعمل كمفاعل كيميائي: فهي مغلفة بأحماض الماليك والستريك (درجة الحموضة تساوي ستة تقريبًا). يعمل هذا الوسط على إذابة المعادن الصلبة بشكل فعال، بينما في التربة القلوية الأصلية (الرقم الهيدروجيني 7.85) تترسب نفس العناصر في شكل غير قابل للذوبان وتصبح غير متاحة للجذور. تطابقت العلامات الأرضية النادرة الموجودة في البراعم بشكل وثيق مع المظهر الكيميائي لبركان صقلية، مما يؤكد بشكل قاطع المصدر الجوي للمعادن. وقد ساعد النموذج العالمي في تسليط الضوء على الأهمية الحاسمة لهذه الآلية في النظم الإيكولوجية ذات التربة الفقيرة. وفي الغابات الاستوائية في شرق الأمازون، حيث تستنزف الأمطار الغزيرة الأراضي، تتلقى الأشجار ما يصل إلى 12% من احتياجاتها السنوية من الفوسفور مباشرة من الهواء – وتحمل الرياح عبر المحيط الأطلسي من الصحراء الكبرى الغبار. في غرب الولايات المتحدة، تمتص الأوراق ما يصل إلى 17% من الحديد الذي تحتاجه من الغلاف الجوي. وفي البحر الأبيض المتوسط، في أيام العواصف الترابية القوية، تتجاوز التغذية الجوية تغذية الجذور عشرات المرات. يسمح امتصاص الأوراق للنباتات بالحصول على العناصر الناقصة قبل أن تصبح محبوسة في التربة الصخرية. ومع توسع تغير المناخ في الصحاري وتغيير أنماط الرياح، سيلعب الغبار الجوي دورًا متزايد الأهمية في بقاء النظم البيئية. وأكد مؤلفو الدراسة أن النماذج المناخية الحديثة يجب أن تأخذ في الاعتبار تيجان الأشجار، ليس فقط باعتبارها أحواضًا لثاني أكسيد الكربون، ولكن أيضًا كمرشحات نشطة لاحتجاز الأسمدة المعدنية.