Согласно новому исследованию, энергия, которую растение тратит на свои корни, зависит от их близости к другим растениям.
Используя сочетание моделирования и экспериментов, исследовательская группа из США, Бразилии и Испании показала, что в присутствии конкурентов растения чрезмерно производят корни, чтобы захватить близлежащие ресурсы, но избегают поиска питательных веществ рядом с соседями.
Исследователи предполагают, что это обеспечивает новую теоретическую основу для понимания правил, регулирующих корневое поведение конкурентов, и имеет значение для реагирования на изменение климата.
По мере того как растения удаляют углекислый газ из атмосферы и откладывают его в своих структурах, знание того, как отложения углерода изменяется в различных сценариях, может помочь более точно предсказать поглощение углерода.
«Хотя надземные части растений были тщательно изучены, включая то, сколько углерода они могут накапливать, мы гораздо меньше знаем о том, как подземные части… хранят углерод», - говорит Сиро Кабал из Принстонского университета, США, ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Science.
«Поскольку около трети мировой растительной биомассы, а следовательно, углерода, находится под землей, наша модель представляет собой ценный инструмент для прогнозирования распространения корней в глобальных моделях земной системы».
У растений образуются тонкие корни, которые поглощают воду и питательные вещества из почвы, и крупные корни, чтобы транспортировать эти вещества обратно к своему центру.
Их инвестиции в эти системы связаны с общим объемом корней и способом их распределения. Растение может сконцентрировать все свои корни непосредственно под побегами или расположить их горизонтально, чтобы кормиться в соседней почве, конкурируя с соседними растениями.
Корни соседних растений перца окрашивали инъекцией. Фото: Ciro Cabal, Princeton University
Новая модель предсказала два возможных результата, когда растения обнаруживают, что делят почву. В первом случае растения взаимодействуют, разделяя (сегрегируя) свои корневые системы для уменьшения перекрытия, что приводит к образованию меньшего количества корней в целом, чем если бы они были одиночными.
Во втором случае, когда растение чувствует сокращение ресурсов с одной стороны из-за присутствия соседа, оно укорачивает свою корневую систему с этой стороны, но вкладывает больше средств в корни непосредственно под стеблем.
Естественный отбор предсказывает этот сценарий, потому что каждое растение действует, чтобы повысить свою приспособленность, независимо от воздействия на другие. Если растения расположены очень близко друг к другу, эти увеличенные вложения в объем корней, несмотря на сегрегацию этих корней, могут привести к «трагедии общин», в результате чего ресурсы (в данном случае почвенная влага и питательные вещества) будут истощены.
Чтобы проверить это, исследователи вырастили растения перца в теплице по отдельности и парами. В конце эксперимента они покрасили корни растений в разные цвета, чтобы можно было легко увидеть, какие корни принадлежат какому растению. Затем они рассчитали общую биомассу корневой системы каждого растения и соотношение корней и побегов.
Перец растущий в Национальном музее естественных наук в Мадриде. Фото: Ciro Cabal, Princeton University
Они обнаружили, что при посадке рядом с другими, растения перца увеличивают инвестиции в корни на местном уровне и уменьшают расстояние, на которое они растягиваются по горизонтали, чтобы уменьшить перекрытие с соседями.
Не было никаких свидетельств «трагедии общин», поскольку не было разницы в общей биомассе корней или относительных затратах на корни по сравнению с надземными структурами (включая количество семян, произведенных на одно растение) как для одиночных так и совместно проживающих растений.
Источник: Cosmos Magazine
