Эволюционная история объясняет глобальную организацию функциональных признаков корней

Новая теория эволюции растений предполагает, что распространение флоры по планете за последние 400 миллионов лет могло определяться не надземными признаками, а подземными адаптациями, позволившими растениям стать более эффективными и независимыми.

По мере распространения видов растений на север и юг от богатых питательными веществами тропиков, тончайшие кончики их корней становились уже и более распространенными, чтобы эффективнее исследовать всё более бедные почвы. Это показало исследование, опубликованное 21 февраля в журнале Nature учёными из Принстонского университета и Китайской академии наук (CAS). Кроме того, растения, попав в непредсказуемые среды (например, засушливые пустыни), стали меньше зависеть от симбиотических грибов (микоризы), которые помогают получать азот и фосфор.

Ведущий автор Ларс Хедин отметил, что работа пересматривает представления об адаптации растений. Ранее учёные фокусировались на надземных характеристиках, в основном на листьях и эффективности фотосинтеза. Вместо этого его команда впервые обнаружила, что именно диаметр корней и степень зависимости от грибов наиболее последовательно характеризуют растительные сообщества в масштабе целых биомов (пустыня, тайга, саванна и т.д.).

«Это скрытые стратегии, которые растения использовали, чтобы завоевать мир», — сказал Хедин. Результаты предлагают новую глобальную теорию эволюции растений и могут иметь большое значение для сохранения биоразнообразия и прогнозирования реакции растений на изменение климата.

Минчжэнь Лу, первый автор из Принстона, отметил, что понимание стратегии питания растений, основанное на признаках корней, может помочь в сохранении исчезающих видов.

Исследователи два года анализировали обширную базу данных по 369 видам растений из семи биомов: пустыня, степь, средиземноморский, бореальный, умеренный, субтропический и тропический. Данные были собраны за десятилетие лабораторией покойного соавтора Дали Го (CAS).

Было обнаружено, что растения в тропиках и субтропиках демонстрируют наибольший диапазон диаметров тончайших корневых окончаний (от <0.25 мм до 1 мм). Эти растения с более толстыми корнями используют «консервативную» стратегию, полагаясь на почвенные грибы в предсказуемых, богатых питательными веществами условиях.

В «непредсказуемых» биомах с бедной почвой (пустыни, степи) все изученные виды имели диаметр корней менее 0.25 мм. Более тонкие корни позволяют эффективнее исследовать почву на единицу затраченного углерода, а зависимость от симбиотических грибов снижается.

Курт Прегитцер из Университета Айдахо отметил, что эта работа может помочь в изучении инвазивных видов, так как корневые признаки, вероятно, способствуют успеху растений в конкурентных экосистемах. Исследование показывает, что эволюция корней и листьев шла разными путями, отвечая на разные эволюционные давления.

Результаты согласуются с идеей о том, что растения активно адаптировались и формировали свою среду, а не были пассивными элементами ландшафта.