Однако, несмотря на простоту измерения площади листовой массы и ее значение для прогнозирования столь многих аспектов биологии растений, взаимосвязь площади листовой массы со структурой листа — клетками и тканями, составляющими лист, а также их количеством и размерами. — ранее не определялось.Исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали математическое уравнение для площади листовой массы, которое поможет определить, что движет поведением растений на основе их клеток.Исследование, которое имеет важное значение при адаптации растений к потеплению окружающей среды, опубликовано в Интернете в журнале Ecology Letters в области экологии.«Огромное разнообразие листьев по размеру, форме и цвету поражает, но все же это ничто по сравнению с разнообразием клеток и тканей внутри», — сказал Лоурен Сак, профессор экологии и эволюционной биологии и старший автор исследования. «Однако у нас не было уравнений, чтобы точно связать это внутреннее разнообразие с общим поведением листьев».
Грейс Джон, докторант Калифорнийского университета в области экологии и эволюционной биологии и ведущий автор исследования, провела подробное исследование анатомии 11 видов, произрастающих на территории Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, включая культовые виды из многих экосистем, таких как тойон или голливуд, и сорт чая из Японии. Она измерила поперечные сечения размеров и количества клеток различных тканей листа и окрасила целые листья, чтобы измерить их жилки. Затем команда разработала теоретический подход, основанный на геометрических принципах, для вывода уравнения для площади массы листа с учетом размеров и количества ячеек каждого типа в листе.
Стратегия биологов заключалась в том, чтобы создать мощное математическое уравнение, которое предсказывает площадь массы листа, основываясь только на структурах внутри листа. Это уравнение позволяло предсказать площадь массы различных листьев с исключительной точностью.Команда, которая сотрудничала с исследователями из Испании, Германии и Австралии, также использовала математический подход, чтобы объяснить разницу между вечнозелеными и лиственными листьями в их прочности.«Если вы возьмете лист калифорнийского вечнозеленого куста и лиственного платана, вы почувствуете разницу в прочности, но объяснить почему будет сложнее», — сказал Джон. «С помощью нашего подхода мы показываем, что вечнозеленые листья, как правило, более жесткие и живут дольше, потому что они имеют более крупные и плотные клетки».
«Последствия такого рода уравнений огромны», — сказал Сак. Поскольку меньшая площадь листьев обычно приводит к большему росту и продуктивности растений, а большая площадь листьев может способствовать устойчивости к стрессу, этот подход может решить, как различия в клеточных характеристиках между видами влияют на продуктивность и устойчивость к стрессу окружающей среды с учетом изменения климата.
«Трудно преувеличить важность LMA в биологии растений — это как размер тела в экологии животных, симметрия лица для психологии влечения и скорость спринта для приемников НФЛ», — сказал Джон. «LMA действительно была« сверхмощной »переменной для понимания экономики, производительности и функций завода».Сак описал этот подход как способ изменить правила игры для создания культур с более высокой урожайностью или большей устойчивостью к стрессу.
«Мы стремимся открыть новую эру в науке об экономике листьев, уникальным образом объединив анатомию растений с математикой и экологией», — сказал он.