Укусы насекомых и потепление климата создают двойную угрозу для растений

Новые модели показывают, что по мере потепления климата насекомые-вредители будут наносить сельскохозяйственным культурам всё больший ущерб. Одно исследование предсказывает, что потери урожая от насекомых увеличиваются на 10–25% при каждом повышении температуры на 1°C.

Учёные из Университета штата Мичиган считают эти модели неполными, а возможные потери — недооценёнными. Новое исследование демонстрирует, что заражённые гусеницами растения томатов, пытаясь защититься, плохо адаптируются к повышению температуры. Этот двойной удар снижает их продуктивность.

Два фактора стресса

Первый фактор — рост температуры. Метаболизм насекомых ускоряется в тепле, и они едят больше. Кроме того, потепление может расширить ареал обитания насекомых.

Второй фактор, который игнорируют текущие модели, — реакция заражённых растений на жару.

«Мы знаем, что существуют ограничения, которые мешают растениям одновременно справляться с двумя стрессами, — говорит Грегг Хау, профессор Лаборатории исследований растений MSU-DOE. — В данном случае мало что известно о том, как растения справляются с повышенной температурой и атакой насекомых одновременно, и мы хотели заполнить этот пробел».

Конфликт защитных систем

У растений есть разные системы защиты. При атаке гусеницы растение вырабатывает гормон жасмонат (JA), который запускает производство защитных соединений.

При перегреве у растений есть другие механизмы: они приподнимают листья от горячей почвы и «потеют», открывая устьица (аналоги пор), чтобы испаряющаяся вода охлаждала лист.

Прорыв произошёл, когда постдокторант Нейтан Хавко выращивал растения томатов в жарких камерах при 38°C и заражал их голодными гусеницами.

«Я был шокирован, когда открыл дверцы камеры, — говорит Хау. — Гусеницы в более тёплом пространстве были намного больше; они почти уничтожили растение».

Порочный круг

Оказалось, что при повышенной температуре раненое растение производит ещё больше JA, усиливая защитный ответ. Однако это не отпугивает гусениц. Более того, выяснилось, что JA блокирует способность растения охлаждаться: оно не может поднять листья или «потеть».

Возможно, растения закрывают устьица, чтобы предотвратить потерю воды в местах повреждений, но в итоге страдают от своего рода теплового удара. Не исключено, что гусеницы хитростью наносят дополнительный ущерб, чтобы устьица оставались закрытыми, а температура листьев — повышенной, что ускоряет рост и развитие насекомых.

Последствия для продуктивности

«Мы видим, что фотосинтез — процесс производства биомассы — сильно нарушен у этих растений, — объясняет Хавко. — Ресурсы для производства биомассы есть, но они используются неправильно, и продуктивность культуры падает».

Многие вопросы ещё предстоит решить, но уже сейчас исследование показывает, что при росте глобальных температур растениям, возможно, придётся «жонглировать слишком многими мячами» одновременно.

«Я думаю, мы ещё не до конца оценили неожиданные компромиссы между защитными реакциями и продуктивностью растений, особенно в присутствии других типов экологического стресса, — заключает Хау. — Включение защитной реакции может принести больше вреда, чем пользы, если растения сталкиваются с высокими температурами или другими стрессами».

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.