Секрет максимальной высоты растений — вода

Физиологическая координация между высотой растения и гидравлическими свойствами ксилемы связана с доступностью воды в среде обитания по всем наземным биомам Земли, согласно новому исследованию. Экологи из Южно-Китайского ботанического сада (SCBG) Китайской академии наук пришли к выводу, что такая координация играет важную роль в определении глобального распределения видов растений и может быть полезна для прогнозирования будущего распространения видов в условиях изменения климата.

Растения становятся выше во влажных местах, но какие факторы определяют их максимальную высоту? Предыдущие эксперименты с высокими деревьями показали, что увеличение гидравлического сопротивления, связанное с увеличением высоты растения, ограничивает расстояние, на которое вода может транспортироваться через ксилему к верхним листьям. Таким образом, это гидравлическое сопротивление определяет максимальную высоту вида в данной среде обитания.

Однако учёные не понимали, как эта физиологическая координация варьируется среди широкого спектра видов и сред. На основе огромного набора данных по 1 281 виду из 369 точек по всему миру исследователи построили несколько моделей, связывающих высоту, гидравлические свойства и воду, чтобы найти общие правила. Они обнаружили, что более высокие виды из влажных местообитаний демонстрировали большую эффективность ксилемы и меньшую гидравлическую безопасность, более широкие проводящие элементы, меньшую их плотность и меньшую плотность заболони, и всё это было связано с доступностью воды в среде обитания.

"Раньше считалось, что более высокие растения могут транспортировать воду менее эффективно из-за больших расстояний. Вместо этого мы обнаружили, что более высокие растения имели более высокую гидравлическую проводимость среди разных видов, что является основной стратегией для компенсации высокого испарительного спроса листьев и увеличенной высоты. Это называется законом Дарси", — сказал доктор Лю Хуэй, первый автор исследования.

До сих пор большинство гидравлических теорий, таких как закон Дарси, основывались на данных в пределах одного вида, отметил доктор Лю. В отличие от этого, данное исследование выделило и объяснило различные гидравлические паттерны внутри вида и между видами.

"Проще говоря, паттерны, обнаруженные внутри вида, основаны на краткосрочных адаптивных реакциях и в значительной степени формируются физиологическими компромиссами или ограничениями, в то время как паттерны между видами отражают внутренние эволюционные различия, которые могли формироваться миллионы лет и в основном ограничены их экологическими нишами", — пояснил доктор Лю.

"Наши выводы значительно расширяют знания о взаимосвязи между гидравлическими свойствами ксилемы и высотой растений — от локальных исследований до биомов по всему земному шару. Мы подчеркнули, что гидравлические свойства могут служить важными предикторами глобальной максимальной высоты растений и паттернов распределения видов", — сказал автор-корреспондент профессор Е Цин, директор Центра экологии и наук об окружающей среде SCBG.