Вести из лабораторий
Растительный покров Земли в эпоху климатических изменений
Ещё натуралисты-классики* обращали внимание, что облик растений и растительного покрова большей частью определяется двумя факторами: климатом и почвой. Однако только в XXI веке учёные приступили к поискам количественных закономерностей между обликом растений и условиями, в которых они растут. Так, сначала были выявлены признаки, по которым удобно сравнивать разные виды растений между собой, а также представителей одного вида в разных условиях, — эти признаки назвали функциональными. Функциональных признаков растений насчитывается более сотни. К ним относят химические свойства (содержание элементов и различных веществ, соотношения между ними, например отношение содержания фенолов к содержанию азота), размерные характеристики (масса и объём растений, линейные параметры, например толщина листа), механические свойства (прочность на разрыв, растяжение, протыкание). В их числе и содержание воды в отдельных органах, и плотность древесины, и физиологические параметры, такие, как интенсивность фотосинтеза, дыхания, морозостойкость, всхожесть семян и др.
Современные математические модели позволяют по данным о функциональных признаках растений понять историю экосистемы и даже строить прогностические модели, как экосистема будет меняться при смене условий среды. В эпоху глобального изменения климата такие модели крайне важны, однако пока они далеки от совершенства. Причина — нехватка количественных данных о том, как связаны факторы окружающей среды с функциональными признаками растений.
Международная команда экологов и ботаников, в которую вошёл заведующий кафедрой экологии и географии растений биологического факультета МГУ, профессор Владимир Гертрудович Онипченко, собрала огромный массив данных о функциональных признаках растений и привязанных к ним данных о почвах и климатических параметрах. В финальную базу данных вошло 225206 наблюдений 17 функциональных признаков 20655 видов сосудистых растений со всей планеты и отвечающие им данные о 21 климатическом параметре и 107 характеристиках почвы. Исследователи проанализировали полученную информацию с использованием биоинформатиче-ских методов и выявили, как связаны функциональные признаки растений с климатическими особенностями среды и характеристиками почвы.
В частности, с помощью метода анализа главных компонент (Principle component analysis) они установили, что функциональные признаки делятся на две группы: размерные и ресурсные. Причём первые (высота растения, площадь листа и др.) больше определяются климатическими факторами, а вторые (например, содержание азота и фосфора в листьях, содержание углерода на единицу сухой массы) — почвенными параметрами, которые не зависят от климата. В то же время на некоторые признаки, как оказалось, влияют и климат, и почва. Это, например, удельная площадь листьев, которая имеет большие значения во влажном климате и на богатых почвах, или же время прорастания и сохранения жизнеспособности семян, которые зависят как от сезонности климата, так и от содержания кислорода в почве — чем его меньше, тем дольше сохраняются семена.