Стратегия растений: всё сводится к балансу признаков

Как и все организмы, растения стремятся выжить и размножиться. Для этого они вынуждены идти на компромиссы в распределении ограниченных ресурсов между ростом, размножением и поддержанием жизнедеятельности — это их так называемая стратегия. Кандидат наук Цзяньхун Чжоу и её руководители с помощью новой концепции выяснили, что не все известные на сегодня стратегии отражают реальную жизнь растений.

«Стратегии растений важны, например, для прогнозирования их реакции на ожидаемые изменения климата, — говорит Чжоу из Института наук об окружающей среде. — Однако до сих пор было неизвестно, отражают ли используемые нами способы описания стратегий реальность. Это влияет на модели, которые мы используем для изучения функционирования экосистем, в том числе для прогнозов их устойчивости в меняющемся климате. Наша новая концепция позволяет улучшить эти модели и их прогнозы».

Связи между различными признаками

Стратегию растения можно определить, изучая взаимосвязи признаков. Признаки — это атрибуты организма (например, масса или продолжительность жизни), которые можно измерить у отдельных особей. Их значения могут различаться как у разных особей одного вида, так и у разных видов. Сравнение значений двух признаков показывает взаимосвязь между ними.

До сих пор учёные в основном изучали взаимосвязи признаков между разными видами. «Когда мы находим сильную взаимосвязь признаков между видами, мы обычно считаем её стратегией растения, — объясняет Чжоу. — Например, существует положительная связь между продолжительностью жизни листа и его массой на единицу площади. Это указывает на то, что виды растений, производящие листья с высокой массой на единицу площади, обычно имеют и более долговечные листья».

По словам Чжоу, эту взаимосвязь интерпретируют как стратегию, при которой вид вкладывает много ресурсов в построение и рост листьев, чтобы эффективно их использовать: «Таким образом, листья прослужат достаточно долго для полноценного фотосинтеза».

Не всегда отражают стратегию

Однако в реальности остаётся неясным, всегда ли взаимосвязь признаков между видами представляет собой стратегию растения. Чжоу: «Сильная взаимосвязь признаков между видами может быть также вызвана общими факторами окружающей среды. Наличие воды и питательных веществ влияет на множество признаков. Например, увеличение содержания азота в почве может независимо повлиять на содержание азота в листьях и удельную площадь листа, вызывая их корреляцию. Но это не обязательно означает, что эти два признака связаны физиологически или эколого-эволюционно. Таким образом, признаки могут быть скоррелированы случайно, не отражая стратегию».

Поэтому Чжоу и её коллеги разработали новый подход, чтобы отличать взаимосвязи признаков, представляющие стратегию растений, от связей, возникших «по совпадению». «Мы предложили новую концепцию, — говорит она. — Если взаимосвязь признаков действительно отражает стратегию, мы ожидаем увидеть ту же взаимосвязь внутри вида, то есть при сравнении вариаций значений признаков у разных особей одного вида. Если же взаимосвязь между видами вызвана случайными факторами, мы не увидим такой же сильной взаимосвязи внутри вида». Именно это и произошло в примере с удельной площадью листа и содержанием азота в листьях.

Более точные прогнозы в условиях изменения климата

«Эти знания особенно важны для создания моделей, прогнозирующих изменения экосистем и процессов в них в будущих климатических условиях, — подчёркивает Чжоу. — Из-за изменения климата мы можем столкнуться с условиями, которых никогда не видели. Это неизбежно повлияет на упомянутые факторы окружающей среды: два фактора, связанные лишь случайно и независимо влияющие на признак растения».

В новых обстоятельствах способ их влияния на признак может измениться. Случайные взаимосвязи признаков, вызванные этими факторами, тогда разрушатся. Это означает, что наши модели, включающие эти взаимосвязи, перестанут давать точные прогнозы. Наш новый метод, выявляя, какие именно взаимосвязи признаков могут быть затронуты, позволяет решить эту проблему».

Исследование опубликовано в журнале New Phytologist.