Bomen die bovenop de Bald Mountain Granite in de zuidelijke Sierra Nevada groeien, vertrouwen op voedingsstoffen uit door de wind opgeblazen atmosferisch stof - meer dan 50 procent - in vergelijking met voedingsstoffen die worden geleverd door onderliggende gesteenten.

Onderzoekers van de Universiteit van Wyoming leidden een onderzoek dat dit verrassende resultaat vond door de isotopen van neodymium in het gesteente te meten, bodem, stof en dennennaalden in levende bomen. Met behulp van dit goed ingeperkte systeem, de groep was in staat om wereldwijde gegevens te combineren om aan te tonen dat dit fenomeen niet beperkt is tot de Sierra Nevada, en dat vreemd stof waarschijnlijk planten op veel locaties over de hele wereld bevrucht.

"Bomen in de Sierra Nevada gebruiken het stof voor voedingsstoffen, " zegt Cliff Riebe, een universitair hoofddocent bij de afdeling Geologie en Geofysica van UW. "Dit is een nieuwe bevinding."

Riebe was tweede auteur van een paper, getiteld "Global Patterns of Dust and Bedrock Nutrient Supply to Montane Ecoystems, " die vandaag (6 december) werd gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , een nakomeling publicatie van Science. Het online tijdschrift publiceert belangrijke, innovatief origineel onderzoek dat de grenzen van de wetenschap verlegt en de normen van uitmuntendheid die door de wetenschap zijn vastgesteld, uitbreidt.

Lindsay Arvin, een UW-masterstudent uit Chicago met als hoofdvak geologie en geofysica, was de hoofdauteur van de krant. Arvin nam monsters van levende dennennaalden in de Sierra Nevada, voornamelijk een naaldbos habitat, tijdens de zomer van 2015.

Later dat najaar, Arvin reisde naar het laboratorium van Sarah Aciego aan de Universiteit van Michigan, waar ze werkte met Molly Blakowski, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Michigan, monsters te verwerken. Vooral, ze waren geïnteresseerd in het extraheren van neodymium, een element op het periodiek systeem geassocieerd met fosforhoudende mineralen, die een belangrijke bron van voedingsstoffen voor planten zijn.

"De overeenkomst in chemisch gedrag tussen neodymium en fosfor maakt neodymiumisotopen tot een bruikbare analoog voor het opsporen van de opname van fosfor in plantensystemen, " zegt Aciego, nu een adjunct-hoogleraar aan de UW. "In dit geval, we konden het neodymium opsporen uit twee bronnen:buitenlands stof uit Azië en de Centrale Vallei van Californië, en het granieten gesteente."

"We hebben twee vingerafdrukken gebruikt om de voedingsstoffen te traceren. Stof heeft één isotopische vingerafdruk, en gesteente heeft nog een isotopische vingerafdruk, Riebe legt uit. "Dennennaalden tonen de mate van vermenging van de twee vingerafdrukken. Bodems laten ook een mix van beide zien."

Deze waarnemingen suggereren dat nutriënten afkomstig van stof van vitaal belang kunnen zijn voor bergecosystemen, zelfs wanneer de aanvoer van voedingsstoffen uit gesteente aanzienlijk is, concludeert het blad.

"Terwijl andere studies hebben aangetoond dat stof de totale elementaire fluxen in ecosystemen kan verhogen, dit is de eerste studie die de overdracht van neodymium kwantificeert en, bij volmacht, fosfor, van stof tot planten, " legt Aciego uit. "Bovendien, de invloed is veel groter dan ik had verwacht en suggereert dat elementen in stof een veel grotere impact kunnen hebben op wereldwijde ecosystemen dan eerder werd aangenomen."

Verschillende eerdere studies hebben de opname van nutriënten uit stof in stabiele of langzaam eroderende landschappen gekwantificeerd. Maar, slechts enkelen hebben van stof afgeleide voedingsstoffen gekwantificeerd in montane ecosystemen met aanzienlijke erosiesnelheden.

Riebe zegt dat zijn onderzoeksgroep twee bestaande datasets heeft gebruikt - een wereldwijde database met erosiesnelheden samengesteld in 2011 en een wereldwijd model van stofstromen gemaakt in 2014 - om de effecten van stof wereldwijd te bekijken.

"Deze combinatie van eerdere datasets stelt ons in staat om te zien waar stof in de wereld belangrijk is, Riebe zegt. "Een verrassende bevinding is dat stof op veel plaatsen belangrijker kan zijn dan eerder werd gedacht, inclusief de Appalachen en West-Europa."

"Het concept van de 'kritieke zone' van de aarde geeft ons het kader om vanuit een groter perspectief naar het milieu te kijken en de wereldwijde invloed te zien van wat werd beschouwd als regionale processen, " zegt Richard Yuretich, programmadirecteur van het Critical Zone Observatories Program van de National Science Foundation (NSF), die de studie financierde. "Dit onderzoek toont aan dat stof dat in de atmosfeer over de hele wereld wordt vervoerd, een belangrijke bron van voedingsstoffen is voor planten in alle omgevingen, zelfs waar zijn bijdrage niet duidelijk is. De aarde houdt haar evenwicht, vaak op verrassende manieren."

Riebe ziet een verband tussen zijn laatste onderzoek en het vijfjarige, $ 20 miljoen NSF-beurs die UW in september ontving om te worden gebruikt voor microbieel onderzoek. Met behulp van geavanceerde technieken, waaronder DNA-sequencing en computationele modellering, hopen wetenschappers de verspreiding en ecologische gevolgen van microben te leren, het produceren van inzichten die Wyomingites zullen helpen om een ​​verscheidenheid aan uitdagingen aan te gaan - van het beheren van weidegronden, bos- en watervoorraden, het terugwinnen van gebieden die zijn verstoord door delfstoffenwinning, om de productiviteit van gewassen te verbeteren.

"De microbiële gemeenschappen in stof van verschillende bronnen kunnen verschillen, ", zegt Riebe. "Als onderdeel van het volgende Wyoming EPSCoR-programma (Established Program to Stimulate Competitive Research), we kunnen proberen te begrijpen of stof uit verre bronnen het microbioom van Wyoming aantast. Het zou uit de Rode Woestijn of Azië kunnen komen."