Международная исследовательская группа, в которую входил Фернандо Маэстре из KAUST, провела полевое исследование, чтобы изучить влияние засушливости и давления выпаса на химическое и морфологическое разнообразие признаков многолетних растений в засушливых районах по всему миру. Источник: KAUST 2024; Серхио Веласко Аюсо.
Понимание того, как растения справляются с экстремальными климатическими условиями и давлением выпаса, важно для надежных прогнозов относительно будущего биоразнообразия и функционирования экосистем засушливых земель.
Международная группа под руководством Фернандо Маэстре из KAUST оценила, как 20 химических и морфологических функциональных признаков растений совместно реагируют на изменения засушливости и давления выпаса скота на засушливых землях по всему миру.
Результаты опубликованы в журнале Nature.
Можно было бы ожидать, что увеличение засушливости и давления выпаса приведет к снижению уровня разнообразия растений. Однако разнообразие признаков растений, включая ключевые признаки, связанные с круговоротом питательных веществ, такие как удельная площадь листьев и химический состав листьев, на самом деле увеличилось выше порога засушливости 0,7 (близко к переходу между полузасушливыми и засушливыми зонами). Это разнообразие признаков также увеличивалось с увеличением давления выпаса.
«Глобальные инициативы, направленные на описание разнообразия признаков растений, были сосредоточены на морфологии растений и экономике углерода листьев, но игнорировали разнообразие химических элементов, которые поддерживают выживание и рост растений», — говорит Маэстре, который был одним из руководителей этого исследования в рамках глобального исследования BIODESERT, которое он разработал.
«Концентрация элементов в листьях растений имеет большое значение для развития растений и определяет, как растения реагируют на давление выпаса и нехватку воды», — говорит он.
Исследование разнообразия признаков растений на засушливых пастбищах мира. Источник: Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07731-3
Команда провела полевое обследование для изучения влияния засушливости и давления выпаса на химическое и морфологическое разнообразие признаков многолетних растений в засушливых районах по всему миру. Они выбрали 98 участков из 25 стран, представляющих градиент засушливости, по которому засушливые пастбища могут быть найдены во всем мире. Каждый участок включал несколько участков, охватывающих локальные градиенты давления выпаса (от невыпасаемого до высокого давления выпаса), всего было обследовано 326 участков.
Изменения в функциональных признаках растений отражают сдвиги в стратегиях адаптации растений к изменяющимся условиям окружающей среды. Результаты показывают, что засушливость и выпас скота оказывают схожее влияние на разнообразие признаков растений, способствуя широкому спектру стратегий, позволяющих справиться с нехваткой воды и выпасом скота.
Они измерили признаки, связанные с концентрацией 14 химических элементов в листьях растений, размером листьев и растений, а также экономией углерода в листьях (площадь листьев и сухое вещество листьев). Результаты предоставляют ценную информацию для изучения того, как засушливость и выпас формируют ковариации и компромиссы, наблюдаемые среди множества морфологических и химических признаков растений в глобальных засушливых районах.
Высокие уровни засушливости также способствовали функционально контрастным стратегиям: например, высокие виды с быстрорастущими листьями следовали стратегиям избегания стресса (высокое содержание N-P-K и низкое содержание сухого вещества листьев) и небольшие консервативные виды следовали стратегиям устойчивости к стрессу (низкое содержание N-P-K и высокое содержание сухого вещества листьев) с низкими или высокими концентрациями Mg-Ca и Zn-Na в листьях.
«Эти элементарные стратегии могут отражать контрастную роль химических элементов в растениях, либо как способ переносить высокие уровни засушливости, либо как базовые элементы для защитных соединений от травоядных», — объясняет Маэстре.
Результаты исследования показывают, что засушливые земли выступают в качестве глобального резервуара фенотипического разнообразия растений, бросая вызов распространенному мнению о том, что суровые условия окружающей среды сокращают разнообразие признаков растений. Кредит: 2024 КАУСТ; Валерия Арамайо. <р>Исследование предоставляет новые идеи о том, как сосудистые растения реагируют на биотические стрессоры и экстремальные условия окружающей среды, и проливает свет на то, как признаки растений могут формироваться под воздействием совместного увеличения засушливости и давления выпаса. Ключевым результатом стало то, что более половины наблюдаемого разнообразия признаков наблюдалось только в самых засушливых и пастбищных засушливых районах, что подчеркивает фенотипическую уникальность этих экстремальных условий.
Результаты показывают, что засушливые районы выступают в качестве глобального резервуара фенотипического разнообразия растений, бросая вызов распространенному мнению о том, что суровые условия окружающей среды снижают разнообразие признаков растений.
«Наши результаты также подчеркивают важность рассмотрения химического состава растений (элементона) для понимания реакций биоразнообразия засушливых земель на продолжающееся изменение климата», — говорит Маэстре. «Растения могут иметь множество альтернативных стратегий, чтобы справляться с ростом экологического стресса, вызванного изменением климата и интенсификацией землепользования».
Маэстре, присоединившийся к KAUST в феврале 2024 года, провел исследование на своей предыдущей должности в Университете Аликанте. Он планирует расширить исследование BIODESERT на засушливые и гиперзасушливые экосистемы Саудовской Аравии.
«Такое исследование будет способствовать мониторингу наземных экосистем Саудовской Аравии, предоставит важную информацию о том, как разнообразие растений Саудовской Аравии может реагировать на продолжающееся изменение климата, и будет определять выбор наиболее подходящих видов для каждого региона Саудовской Аравии для использования в текущих и будущих программах озеленения», — говорит он.
Дополнительная информация: Николас Гросс, Непредвиденное фенотипическое разнообразие растений в засушливом и пастбищном мире, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07731-3. www.nature.com/articles/s41586-024-07731-3
Информация о журнале: Nature
Предоставлено Университетом науки и технологий имени короля Абдаллы
