Растения могут выбирать между альтернативными реакциями на конкуренцию

Биологи из Тюбингенского университета показали, что растения могут выбирать между различными конкурентными реакциями в зависимости от высоты и плотности их соседей. Исследование Института эволюции и экологии показывает, что растения могут оценивать конкурентную способность соседей и оптимально подстраивать под неё свои ответные реакции. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Известно, что животные, сталкиваясь с конкуренцией, оптимально выбирают между различными типами поведения, включая конфронтацию, избегание и толерантность, в зависимости от конкурентной способности оппонента. Например, если конкурент крупнее или сильнее, животные, как правило, «сдаются» и выбирают избегание или толерантность вместо конфронтации.

Растения могут обнаруживать присутствие конкурентов по различным сигналам, например, по снижению количества света или соотношения красного и дальнего красного излучения (R:FR), которое происходит при прохождении света через листву. Такие сигналы конкуренции, как известно, вызывают два типа ответных реакций:

• Конфронтационное вертикальное удлинение, с помощью которого растения пытаются перерасти и затенить соседей.
• Толерантность к затенению, которая повышает эффективность роста в условиях ограниченного света.

Некоторые растения, например, клональные, могут демонстрировать третий тип реакции — избегание, то есть рост в сторону от соседей.

«Эти три альтернативные реакции растений на световую конкуренцию хорошо задокументированы в литературе, — говорит ведущий автор статьи Михал Грунтман. — В нашем исследовании мы хотели выяснить, могут ли растения выбирать между этими реакциями и применять их в соответствии с относительным размером и плотностью оппонентов».

Для ответа на этот вопрос исследователи использовали клональное растение Potentilla reptans в экспериментальной установке, имитирующей различные сценарии световой конкуренции. Они применяли вертикальные полосы прозрачных зелёных фильтров, которые снижали как количество света, так и R:FR, реалистично имитируя конкуренцию за свет. Меняя высоту и плотность этой «симулированной растительности», учёные могли создавать для растений разные сценарии конкуренции.

Результаты показали, что Potentilla reptans действительно может оптимально выбирать реакцию на конкуренцию:

• При имитации низких, но плотных соседей (которых нельзя избежать сбоку, но можно перерасти в высоту) растения демонстрировали наиболее выраженный конфронтационный вертикальный рост.
• При имитации высоких и плотных соседей (которых нельзя перерасти ни вертикально, ни горизонтально) растения проявляли наибольшую толерантность к затенению.
• При имитации высоких, но редких соседей (которых можно избежать только сбоку) растения демонстрировали наиболее активное латеральное избегание.

Результаты исследования показывают, что растения могут оценивать плотность и конкурентную способность соседей и соответствующим образом адаптировать свои реакции.

«Такая способность выбирать между различными реакциями в зависимости от их результата может быть особенно важна в неоднородной среде, где растения могут случайно оказаться рядом с соседями разного размера, возраста или плотности и поэтому должны уметь выбирать подходящую стратегию», — отмечает Грунтман.

Это исследование предоставляет новые доказательства способности растений интегрировать сложную информацию об окружающей среде и реагировать на неё оптимальным образом.