Растения процветают в сложном мире благодаря общению, обмену ресурсами и преобразованию среды

Как вид, люди запрограммированы на сотрудничество. Именно поэтому локдауны и удаленная работа были тяжелы для многих во время пандемии COVID-19.

Для других живых организмов социальное дистанцирование дается естественнее. Я ученый-растениевод и изучаю, как световые сигналы влияют на растения — от начала жизненного цикла (прорастания семян) до листопада или смерти. В своей новой книге «Уроки растений» я исследую, чему мы можем научиться у экологической настройки поведения растений.

Ключевой вывод: растения способны развивать взаимозависимость, но также могут избегать её, когда связь может быть вредной. Обычно растения постоянно общаются и взаимодействуют с другими организмами в своей экосистеме. Но когда эти связи грозят причинить больше вреда, чем пользы, растения могут проявлять форму социального дистанцирования.

Сила связи и взаимозависимости

В благоприятных условиях большинство растений — сетевые организмы. У подавляющего большинства растений есть грибы, живущие на их корнях или внутри них. Вместе грибы и корни образуют структуры, известные как микоризы, напоминающие сеть.

Микоризы увеличивают способность растений-хозяев поглощать воду и питательные вещества (например, азот и фосфат) через корни. Взамен растения делятся с грибными партнерами сахарами, произведенными в процессе фотосинтеза. Таким образом, грибы и растения-хозяева мощно взаимосвязаны и зависят друг от друга, чтобы выживать и процветать.

Микоризные связи могут объединять несколько растений в функционирующую сеть. Когда растения производят больше сахаров, чем им нужно, они могут делиться ими через эту взаимосвязанную корне-грибную сеть. Это гарантирует, что все растения в сообществе имеют доступ к энергии, необходимой для роста.

Другими словами, эти связи выходят за рамки одного растения-хозяина и его грибного партнера. Они создают общественные отношения и взаимозависимые сети растений и грибов. Внешние факторы, такие как количество доступного для фотосинтеза света и состав почвы, тонко настраивают связи в этих сетях.

Микоризы также служат каналами связи. Ученые задокументировали, что растения передают защитные химические вещества (например, вещества, повышающие устойчивость к насекомым-вредителям) другим растениям через грибные сети. Эти связи также позволяют растению, атакованному тлей, сигнализировать соседним растениям о необходимости заранее активировать свои защитные реакции.

Когда безопаснее держать дистанцию

Обмен ресурсами или информацией, помогающей другим растениям отражать опасность, — ценный пример силы связанности и взаимозависимости в экосистемах. Однако иногда для выживания растениям необходимо разъединиться.

Когда внешние сигналы (например, свет или питательные вещества) становятся настолько скудными, что растение-хозяин может производить фотосинтезом достаточно сахаров только для поддержания собственного роста, активное пребывание в большой общественной сети может быть опасным. В таких условиях растение-хозяин потеряет больше от обмена ограниченными запасами сахара, чем получит от сети в виде воды и питательных веществ.

В такие периоды растения могут ограничивать микоризные связи и развитие, сокращая обмен материалами с грибными партнерами и избегая новых соединений. Это форма физического дистанцирования, которая защищает способность растений поддерживать себя при ограниченных энергетических запасах, чтобы выжить в долгосрочной перспективе.

Когда условия улучшаются, растения могут возобновить обмен с грибными партнерами и установить дополнительные связи и взаимозависимость. Они снова получают выгоду от обмена ресурсами и информацией об экосистеме со своим расширенным сообществом растений и грибов.

Распознавание родственников и сотрудничество

Социальное дистанцирование — не единственный приём растений для жизни в мире. Они также распознают родственные растения и соответствующим образом настраивают свою способность делиться или конкурировать. Когда растения, соединенные грибной сетью, являются близкими генетическими родственниками, они делятся с грибами в этой сети большим количеством сахаров, чем когда другие растения являются более дальними родственниками.

Приоритизация родственных связей может показаться нам знакомой. Люди, как и другие биологические организмы, часто активно помогают выживать своим родственникам. Растения, поддерживая родню, обеспечивают передачу своих генов.

Растения также могут преобразовывать аспекты своей среды для лучшей поддержки роста. Иногда необходимые питательные вещества в почве «заблокированы» в форме, недоступной для поглощения растениями (например, железо может связываться с другими химическими веществами в формах, похожих на ржавчину). В этом случае растения могут выделять из корней соединения, которые essentially растворяют эти питательные вещества в форму, readily доступную для растений.

Растения могут преобразовывать среду таким образом индивидуально или коллективно. Корни растений могут расти в одном направлении в ходе совместного процесса, известного как роение (swarming), подобного рою пчёл или стае птиц. Такое роение корней позволяет растениям высвобождать много химических веществ в определённой области почвы, что высвобождает больше питательных веществ для использования растениями.

Вместе лучше

Такое поведение, как микоризный симбиоз, распознавание родственников и совместное преобразование среды, говорит о том, что в целом растениям лучше вместе. Следуя изменениям внешней среды, растения могут определять, когда работать вместе и развивать взаимозависимость выгоднее, чем действовать в одиночку.

Размышляя о настраиваемых связях и взаимозависимости между растениями и грибами, я постоянно черпаю вдохновение — особенно в этот год пандемии. Пока мы находим свой путь в постоянно меняющемся мире, растения предлагают людям всевозможные уроки о независимости, взаимозависимости и поддержке друг друга.