Об исследовании сообщает в Интернете журнал Ecology Letters, и оно будет опубликовано в следующем печатном издании.Прогнозирование реакции растений на изменение климата имеет решающее значение для их сохранения.
Но хорошие прогнозы требуют понимания способности растений адаптироваться к изменениям окружающей среды или их «пластичности». Все организмы обладают некоторой степенью пластичности, но поскольку они неподвижны, растения особенно зависят от этой способности.«Растения — мастера пластичности, они меняют свой размер, структуру ветвления, цвет листьев и даже свою внутреннюю биохимию, чтобы приспособиться к изменениям климата», — сказал Лоурен Сак, профессор экологии и эволюционной биологии в колледже Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и старший автор исследования.
Мало что известно о том, в какой степени пластические изменения могут позволить растениям переносить усугубляющуюся засуху.«Растения развили эту удивительную способность синхронизироваться с окружающей средой, но они сталкиваются с ограничениями», — сказала Меган Бартлетт, докторант Калифорнийского университета в области экологии и эволюционной биологии и ведущий автор исследования.Собирая и анализируя данные по многочисленным видам из различных экосистем по всему миру, Бартлетт обнаружил, что большинство видов накапливают соли в своем клеточном соке, чтобы точно настроить свою устойчивость к сезонным изменениям количества осадков. Но эта корректировка обеспечивает лишь относительно узкую степень дополнительной засухоустойчивости.
Более соленый клеточный сок дает растениям возможность продолжать расти по мере высыхания почвы во время засухи. В отличие от клеток животных, клетки растений окружены клеточными стенками.
Чтобы удерживать клеточные стенки, растения полагаются на «тургорное давление» — давление, создаваемое внутренней водой, давящей на внутреннюю часть клеточной стенки. По мере обезвоживания клеток тургорное давление снижается до тех пор, пока клеточные стенки не разрушаются, и лист становится мягким и увядшим.
Команда биологов собрала данные о «точке потери тургора» — уровне обезвоживания, вызывающем увядание листьев. Растения с более низкой точкой потери тургора могут терять больше воды перед увяданием и могут держать свои поры или устьица открытыми для поглощения углекислого газа для фотосинтеза в более сухих почвах.«Во время засухи растения должны выбирать между закрытием устьиц и угрозой голодной смерти и продолжением фотосинтеза и риском повреждения клеток из-за увядания», — сказал Сак.
Предыдущее исследование команды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе выявило ключевой механизм, который растения используют для корректировки точки потери тургора во время засухи. Растения нагружают свои клетки солями, которые притягивают молекулы воды и ограничивают потерю тургора.
Во влажных условиях растения вкладывают меньше ресурсов в производство и накопление этих растворенных веществ и снижают соленость клеточного сока.Опираясь как на новые данные, которые они получили, так и на ранее представленные данные для сотен видов, ученые определили общую картину того, насколько виды растений регулируют соленость своего клеточного сока, чтобы поддерживать тургор и продолжать расти во время засухи.«Для большинства заводов эти корректировки были небольшими», — сказал Сак. "Это означает, что у них есть только ограниченное пространство для маневра, поскольку засуха становится более серьезной.
С другой стороны, это открытие означает, что мы можем относительно просто оценить засухоустойчивость видов. Мы можем провести разумные измерения засухоустойчивости для большинства видов независимо от времени года или отбираем ли мы пробы во влажных или сухих условиях ».Бартлетт сказал, что это открытие — хорошая новость для биологов растений. «Это означает, что прогнозирование того, как вид будет реагировать на изменение климата, на основе измерений засухоустойчивости за один сезон — разумное место для начала», — сказала она. «Наши прогнозы будут более точными, если мы примем во внимание пластичность, но отбор проб за один сезон — разумное упрощение для действительно разнообразных экосистем, таких как тропические леса».
Все экосистемы потенциально уязвимыИсследователи ожидали, что пластичность растений будет сильно отличаться в зависимости от того, живут ли они в пустынях, где может выпадать менее дюйма осадков в год, или в тропических лесах, где может выпадать более 10 футов. Вместо этого они обнаружили относительно небольшие различия между экосистемами, а это означает, что растения потенциально уязвимы независимо от того, где они живут, говорят ученые.
Исследователи также сравнили пластичность сельскохозяйственных культур. Они обнаружили поразительно контрастный результат: в то время как различия в пластичности между дикими видами были относительно небольшими и несущественными, среди разновидностей определенных видов сельскохозяйственных культур, таких как кофе и кукуруза, большая пластичность привела к повышению устойчивости к засухе.
«Долгое время подозревали, что пластичность в засоленности клеток может улучшить устойчивость сельскохозяйственных культур к засухе, поэтому логично, что мы обнаружили впечатляющие различия между сортами сельскохозяйственных культур и что эти различия отражаются в устойчивости к засухе», — сказал Бартлетт. «Наше исследование указывает на пластичность точки потери тургора как на особенно важное направление для селекции и выбора устойчивых к засухе сортов».