Разгадана тайна долгоживущих листьев
Листья араукарии чилийской (монкея) могут жить более двух десятилетий. А листья ели, растущей в горах Гонга в Китае, в среднем сохраняются двадцать лет, позволяя дереву процветать тысячелетиями в суровых условиях.
В то же время листья клёна живут один сезон, а листья голубики — всего три месяца. Что же определяет продолжительность жизни листа дерева?
Ответ на этот, казалось бы, простой вопрос представлен сегодня в статье в Science Advances международной командой исследователей из Китая, Великобритании, Японии, Норвегии, США и Австралии.
«Всё сводится к экономическому выбору, с которым сталкиваются растения», — говорит первый автор, доктор Хань Ван из Университета Цинхуа в Пекине.
«Мы уже знали, что хвойные и другие вечнозелёные деревья образуют более долгоживущие листья, чем ближе они к полюсам, — говорит она. — Листопадные деревья делают наоборот. Их самые долгоживущие листья находятся в тропиках».
«И мы знали, что долгоживущие листья, как правило, более жёсткие, толстые и "дорогие" в построении».
«Теперь мы определили основные влияющие экологические факторы и обобщили их в двух уравнениях, — говорит она. — Эти листовые экономические признаки фундаментальны для углеродного цикла и баланса питательных веществ».
Команда проверила свои уравнения, используя данные о тысячах видов из сотен экосистем, взятые из Китайской базы данных признаков растений (China Plant Trait Database) и Глобальной сети признаков растений (Global Plant Trait Network).
«По сути, каждый вид делает ставку на лучший способ максимизировать поглощение углерода», — говорит соавтор профессор Иэн Райт из Университета Маккуори и Западного Сиднейского университета.
«Вечнозелёные хвойные, растущие на бедной почве в районах с долгой холодной зимой, могут процветать, только делая долгосрочные инвестиции в свои листья. В то время как листопадные деревья, такие как клён, стремятся создать новые листья и уловить углерод в летнем солнце до листопада осенью, — говорит он. — Экономически рациональное решение для клёна — инвестировать в быстрорастущие, дешёвые, но непрочные листья».
Растения подвергались profound changes in climate в ходе своей эволюции. Оледенения и другие масштабные, иногда быстрые изменения в недавние геологические времена привели к major changes in vegetation. Влияние человека на климат и прямое воздействие на растительность добавляются к силам, формирующим растительные сообщества, способами, которые остаются лишь частично понятыми.
Исследователи предполагают, что эта работа не только объяснит, что где растёт сегодня, но и позволит экологии стать predictive science, которая:
- позволит создавать более точные глобальные и региональные климатические модели;
- даст возможность менеджерам по земельным ресурсам лучше моделировать леса и другую растительность и прогнозировать влияние изменения климата на экосистемы;
- позволит лучше оценивать урожайность сельскохозяйственных культур и влияние изменения климата на сельское хозяйство.
Работа опирается на двадцать лет исследований под руководством профессора Марка Уэстоби и профессора Иэна Райта в Университете Маккуори.
Их статья 2004 года в Nature «The World-wide leaf economics spectrum» была процитирована более 7500 раз, за ней последовали работы о фотосинтетической способности листьев, затратах на дыхание листьев, концентрации азота в листьях, размере листьев и, наконец, продолжительности их жизни.
«Эта работа изменила экологию, — говорит профессор Натан Харт, глава Школы естественных наук Университета Маккуори. — Она также является ключевой для текущих исследований учёных Маккуори о влиянии инвазий растений, устойчивости садоводческих видов к изменению климата, а также форме и функции видов растений на тысячах островов, окружающих материковую Австралию».