Международная группа специалистов под руководством Фернандо Маэстре из KAUST оценила, как 20 химических и морфологических функциональных признаков растений реагируют на изменение температуры и влияние пастбищ в засушливых районах мира. Можно было бы ожидать, что эти факторы приведут к снижению уровня разнообразия растений. Однако различие признаков флоры, включая ключевые, связанные с круговоротом питательных веществ, такие как удельная площадь листьев и их химический состав, фактически увеличилось. Разнообразие этих свойств также росло с усилением нагрузки от выпаса. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
«Концентрация элементов в листьях растений имеет большое значение для их развития и определяет, как растения реагируют на пастбища и нехватку воды», – говорит Маэстре, руководитель исследования.
Команда выбрала 98 участков из 25 стран, в которых находятся засушливые пастбища по всему миру. Каждый участок включал несколько делянок, охватывающих уровни пастбищного давления (от непастбищного до высокого пастбищного), всего было исследовано 326 участков.
Вариации функциональных признаков растений отражают изменения адаптации в меняющихся условиях окружающей среды. Результаты показывают, что засушливость и выпас оказывают одинаковое влияние на разнообразие признаков растений и способствуют развитию широкого спектра стратегий, позволяющих справиться с нехваткой воды.
Ученые измеряли признаки, связанные с концентрацией 14 химических элементов в листьях растений и размером листьев и растений. Полученные результаты дают ценную информацию для изучения того, как засушливость и выпас формируют ковариации и компромиссы, наблюдаемые между многочисленными морфологическими и химическими признаками растений.
Высокий уровень засушливости способствовал развитию функционально контрастных стратегий: например, высокие виды с быстрорастущими листьями, придерживающиеся стратегии избегания стресса (высокое содержание N-P-K и низкое содержание сухого вещества в листьях), и небольшие виды, придерживающиеся стратегии устойчивости к стрессу (низкое содержание N-P-K и высокое содержание сухого вещества в листьях), с низкой или высокой концентрацией Mg-Ca и Zn-Na в листьях.
«Эти стратегии могут отражать контрастную роль химических элементов в растениях: либо как способ переносить высокую засушливость, либо как базовые элементы для защиты против пастбищной нагрузки», – объясняет Маэстре.
Исследование дает новое представление о том, как сосудистые растения реагируют на биотические стрессоры и экстремальные условия окружающей среды, и проливает свет на то, как могут формироваться новые признаки растений. Ключевым результатом стало то, что более половины разнообразия признаков наблюдалось только в наиболее засушливых и пастбищных районах, что подчеркивает фенотипическую уникальность этих экстремальных сред.
Полученные данные свидетельствуют о том, что засушливые районы служат глобальным резервуаром фенотипического разнообразия растений, опровергая распространенное мнение о том, что суровые условия окружающей среды снижают разнообразие признаков растений. «Наши результаты также подчеркивают важность учета химического состава растений (элементов) для понимания реакции биоразнообразия засушливых земель на происходящие изменения климата», – говорит Маэстре. У растений может быть много альтернативных стратегий, чтобы справиться с увеличением стресса, вызванного изменением климата и интенсификацией землепользования.
