Как спасти растения от изменения климата: ответы в языке их тканей и физиологии

Калифорнийские секвойи и дубы, процветающие на побережье и в прибрежных горах, вскоре могут столкнуться с трудностями. Антропогенное изменение климата меняет привычные для этих и других деревьев температурные и осадочные режимы, и многие из них уже приблизились к пределу своей выносливости.

По словам профессора экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) Лорена Сэка, для некоторых местных видов Калифорнии поиск подходящих новых мест обитания вскоре станет вопросом жизни и смерти. Но если бы эти деревья могли говорить, куда бы они указали ученым?

В новом исследовании команда под руководством Сэка и других биологов UCLA расшифровала секретный язык листьев и древесных стеблей, который указывает на оптимальные местообитания видов. Ученые могут использовать эту информацию для более точного определения новых мест, где можно создать популяции растений, и для разработки лучшей защиты их существующих ареалов.

Удивительно, но у ученых и защитников природы до сих пор нет надежного способа определить оптимальную среду для конкретного вида растений; они склонны основывать свои суждения в первую очередь на местах, где виды растут сейчас. Однако для многих растений их нынешние местообитания не являются идеальными.

Например, в Калифорнии множество видов, уникальных для определенных климатических ниш и не встречающихся больше нигде в мире. Но сельское хозяйство, промышленность и городской рост оттеснили многие из них к границам их ареалов, а изменение климата лишь усугубило проблему. Поэтому, хотя может показаться логичным переселять виды в места, похожие на их нынешние, или защищать только их текущие ареалы, оба подхода могут поставить под угрозу будущее выживание видов.

Новое исследование, опубликованное в Functional Ecology, описывает статистическую модель, которая оценивает предпочитаемую видом температуру и количество осадков на основе его высоты; размера, точки увядания, анатомии и химического состава его листьев; а также плотности его древесины.

Используя эти данные, ученые создали статистическую модель, которая предсказывает, какие температуры и количество осадков предпочитает каждый вид, а не просто то, что он может переносить. Модель также позволяет ученым оценить, насколько растение не соответствует своему родному климату.

«Виды растений могут напрямую раскрыть нам свои климатические предпочтения и уязвимость к потенциальным изменениям климата на "языке" своих листьев и древесины, — сказал Сэк, старший автор статьи. — Теперь, когда мы это знаем, если вы дадите нам лист и кусок древесины, мы сможем дать хороший научный прогноз того, где это растение предпочитает жить. Мы настраиваемся на то, что растения говорят нам о своих предпочтениях на языке своих тканей и физиологии, стремясь помочь им пережить нарастающие климатические проблемы».

Сэк, работая с постдокторантом UCLA Камилой Медейрос и международной командой, проанализировал 10 различных признаков листьев и древесины более чем 100 видов в различных средах, в основном в рамках Системы природных резерватов Калифорнийского университета. Проанализированные типы экосистем — пустыня, прибрежный чапараль, чапараль, горный влажный лес, смешанный приречный лес и смешанный хвойно-широколиственный лес — покрывают около 70% территории Калифорнии.

«Соответствие признаков листьев и древесины климату видов поразительно», — сказала Медейрос, первый автор статьи. Например, виды, произрастающие в более теплом и сухом климате, как правило, имеют меньшую высоту, более толстые и плотные листья и более низкую точку увядания — черты, которые позволяют им продолжать фотосинтез при нехватке воды и быстрее расти, когда вода более доступна.

«Отражение предпочитаемого климата видов в их древесине и листьях, очевидно, возникло в результате тысячелетий эволюции, которая согласовывала физиологию растений с климатом по всей Калифорнии», — отметила Медейрос.

«Мы также обнаружили, что многие растения в изученных экосистемах занимали места, климат которых отличался от расчетной оптимальной для них ниши. Мы считаем, что по мере развития изменения климата это будет усугублять чувствительность многих видов, включая обычные деревья, такие как калифорнийский конский каштан, и кустарники, такие как пурпурный шалфей и калифорнийская сирень».

Ученые давно разделились во мнениях о том, можно ли использовать функциональные признаки растений для точного прогнозирования их климатических предпочтений. И до сих пор ни один тест не сочетал все доступные современные измерительные технологии — например, осмометрию давления пара для определения точек увядания растений — с продвинутым статистическим моделированием.

«Некоторые предыдущие исследования анализировали отдельные подходы по одному, но наше исследование было новым в одновременном применении всех из них, и это дало нам беспрецедентную прогностическую силу», — сказала Медейрос.

Медейрос также отметила, что этот подход можно использовать для определения приоритетов среди угрожаемых видов, нуждающихся в наибольшей защите.