Климат и почва определяют распределение признаков растений
Международная исследовательская группа определила глобальные факторы, объясняющие разнообразие формы и функций растений. Учёные из Цюрихского университета, Института биогеохимии Макса Планка в Йене и Лейпцигского университета собрали и проанализировали данные о растениях со всего мира. Впервые они показали, насколько сильно такие характеристики, как размер, структура и продолжительность жизни растений, определяются климатом и свойствами почвы. Эти выводы могут быть важны для улучшения моделей земной системы с учётом роли биоразнообразия растений.
Разнообразие растений можно описать через морфологические, физиологические и биохимические признаки. Ранее было показано, что признаки растений делятся на две основные категории, баланс между которыми должно поддерживать каждое растение: размер и экономика метаболизма. Новое исследование в Nature Ecology & Evolution, основанное на расширенном глобальном наборе данных по 17 признакам, подтвердило, что эти две категории применимы ко всем изученным растениям мира.
В категории размера растения балансируют высоту, размер листьев и семян. Эти признаки также зависят от гидравлических компонентов транспорта воды. Категория экономики описывает, насколько быстро и эффективно растение получает энергию и биомассу через фотосинтез, в балансе с продолжительностью жизни. Она определяется такими измеримыми характеристиками, как структура и состав листьев (площадь листа, содержание элементов — азота (N), фосфора (P) и углерода (C)). Команда показала, что жизненные стратегии видов из глобальной базы данных TRY хорошо объясняются этими двумя категориями.
Анализ признаков более 20 000 видов
На признаки растений влияют внешние факторы: климат, состояние почвы и деятельность человека. До сих пор не было ясно, какие факторы являются решающими на глобальном уровне. Чтобы ответить на этот вопрос, группа под руководством Юлии Йосвиг из Цюрихского университета и Института биогеохимии Макса Планка проанализировала признаки более 20 000 видов, включив в анализ информацию о климате и почвенных условиях в месте произрастания каждого растения.
«Наше исследование ясно показывает, что признаки растений во всём мире можно объяснить совместным влиянием климата и почвы», — заявила Йосвиг. Это говорит о том, что аспекты изменения климата и эрозии почв, которые, например, происходят из-за изменения землепользования, следует исследовать вместе.
Многие из описанных взаимосвязей были уже известны из локальных исследований. «Но то, что эти процессы теперь удалось показать в глобальном масштабе и количественно оценить их значимость, — важная веха», — добавляет профессор Мигель Махеча из Лейпцигского университета. Такие исследования могут помочь глобальным моделям земной системы учитывать сложное взаимодействие климата, почвы и биоразнообразия, что важно для будущих прогнозов.
Как и ожидалось, исследование показывает, как высота видов растений меняется в зависимости от широты из-за различий в климате. Однако экономические признаки растений не демонстрируют такого градиента. Аналогично, качество почвы лишь частично зависит от климата, поэтому информация о почве содержит компонент, не зависящий от широты. Йосвиг и её коллеги показывают, что эта информация о почве также важна для экономических признаков. Помимо климата, на формирование почвы влияют почвенные организмы, геология, топография и время. Глобальные изменения затрагивают климат, организмы и, в некоторой степени, топографию. Поэтому исследование предполагает, что глобальные риски для жизни растений следует изучать особенно в связи с изменением климата и эрозией почв.