Новый взгляд на растения прошлого

В гербариях мира хранится около 400 миллионов засушенных образцов растений. Эти коллекции служат важным свидетельством существующих видов и их ареалов. Однако в высушенных листьях, стеблях, цветах и корнях скрыто гораздо больше информации о том, как растения взаимодействовали со средой, будучи живыми. Знание об этих «функциональных признаках» — таких как структура листа, химический состав и содержание воды — может помочь понять, как меняются растительные сообщества, и как поддерживать экосистемы в будущем.

До сих пор для изучения этих признаков в гербарных коллекциях требовалось разрушать части ценных образцов. Исследователи из Университета Миннесоты и Монреальского университета (Квебек) разработали быстрый неразрушающий метод оценки функциональных признаков гербарных образцов.

Они использовали метод спектроскопии отражения, который измеряет отражение света материалом на разных длинах волн, получая спектральные «отпечатки пальцев» листьев. На более чем 600 образцах растений из северных умеренных и бореальных лесных биомов Северной Америки были измерены спектры:

• свежих живых листьев;
• листьев, спрессованных как гербарные образцы;
• измельченных листьев.

Также были измерены химические и структурные признаки листьев традиционными методами. На основе этих данных были созданы модели, использующие спектры для оценки функциональных признаков. Их эффективность проверили на новых образцах из тех же биомов в резервате Cedar Creek Ecosystem Science Reserve. Наконец, проверили, насколько хорошо спектры позволяют различать виды.

Результаты:

• Спектры свежих листьев лучше всего предсказывали признаки, связанные со структурой листа и содержанием воды.
• Спектры измельченных листьев лучше всего предсказывали признаки, связанные с химией листа.
• Спектры прессованных листьев давали очень хорошие предсказания — обычно промежуточные между свежими и измельченными. Например, они предсказали более 75% вариаций в содержании азота в листе и более 90% вариаций в удельной массе листа.
• Спектры как прессованных, так и измельченных листьев давали почти идеальное предсказание видовой принадлежности.

Исследование, опубликованное в этом месяце в Methods in Ecology and Evolution, предлагает экологам новый мощный инструмент для использования биологических коллекций, чтобы понять изменения растительных сообществ во времени и найти способы поддержания здоровья экосистем в будущем.

«Это исследование открывает двери для использования гербарных образцов мира для изучения эволюции функциональных признаков по всему древу жизни растений. Это очень захватывающий прорыв для интеграции экологии и филогенетики», — сказала соавтор, профессор Университета Миннесоты Джиннин Кэвендер-Бэйрс.

«Гербарии — это далеко не просто мертвые растения в пыльных ящиках. Это одни из самых важных инструментов для понимания потрясающего разнообразия растительной жизни. Мы надеемся, что этот метод займет свое место среди многих умных и инновационных способов, которыми экологи находят новое применение гербарным коллекциям», — добавил соавтор, бывший аспирант Университета Миннесоты Шан Котхари, ныне постдокторант Монреальского университета.