По мере того, как мир нагревается, новое исследование помогает ученым понять, как шишковидные деревья, такие как сосны и можжевельники, могут реагировать на засуху.
Исследование посвящено классическому вопросу в этой области: когда условия засушливые в течение длительного периода времени, выживают ли деревья, отращивая новые корни к источникам водопроводной воды или полагаясь на укоренившиеся корни, которые уже уходят глубоко?
Ответ, по крайней мере, для некоторых шишковидных деревьев, известных как хвойные, может быть последним, говорит Скотт Маккей, доктор философии, профессор географии в Колледже искусств и наук Университета Буффало. Маккей является экспертом в области экогидрологии и того, как деревья поглощают воду.
В новом исследовании он возглавил группу, которая использовала вычислительное моделирование для изучения того, как сосны и можжевельники получают доступ к источникам воды во время длительных засушливых периодов.
В симуляциях деревья обоих видов пережили пятилетнюю засуху, когда они вступили в засушливый период с глубокими корнями, уже проникающими в трещиноватую скальную породу, где можно найти воду. Эти смоделированные деревья также использовали воду способами, которые хорошо согласуются с наблюдениями за реальными деревьями, которые успешно выдержали условия засухи на экспериментальном участке выживания-смертности Лос-Аламоса (SUMO) в Нью-Мексико..
«Когда модель была установлена с корнями в грунтовых водах, ни одно из деревьев не погибло», - говорит Маккей.«Когда модели потребовалось, чтобы деревья прорастили корни в скале после начала симуляции, все деревья вымерли. Выращивание новых корней, которое само по себе требует воды, заняло слишком много времени».
Исследование было проведено совместно учеными из UB, Университета Дьюка, Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта (WSL), Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Государственного университета Оклахомы и Университета штата Юта.
Исследование, опубликованное в Интернете в журнале New Phytologist в июле 2019 года, опубликовано в номере журнала за январь 2020 года вместе с более свежим комментарием о важности статьи Луи Сантьяго, доктора философии, профессора ботаники и наук о растениях в Калифорнийский университет, Риверсайд.
«Mackay et al. (2020) смогли провести различие между двумя основными гипотезами, касающимися динамики функции корней во время засухи, и, по сути, сформулировать теорию, которая теперь может быть подтверждена или опровергнута в других системах», - пишет Сантьяго в комментарий.
Результаты исследования могут помочь объяснить, почему некоторые сосны и можжевельники способны пережить засуху, в то время как другие деревья вокруг них, в том числе принадлежащие к тому же виду, погибают.
Что происходит под землей?
Неспособность заглянуть под землю - сквозь почву и коренные породы - вызывает разочарование у ученых, изучающих деревья. Исследование Маккея решает эту загадку, предоставляя новый инструмент для определения того, что может происходить внизу.
«Очень трудно увидеть, что происходит с корнями дерева. Выкапывать эти деревья очень сложно, и вы можете убить их в процессе», - говорит Маккей. «Модель дает нам дополнительную линзу, позволяющую заглянуть под поверхность. Подземелье - это своего рода граница, область исследований, которая становится все более и более важной».
Модель, которую его команда использовала в исследовании, имитирует поведение деревьев, в том числе то, как они используют воду и углерод, которые необходимы для роста новых тканей, включая корни.
Как объясняет Маккей, «Углерод получается в результате фотосинтеза, и его необходимо транспортировать вниз из кроны деревьев для образования корней. Вода необходима как часть этого транспортного процесса. Поэтому, если корни дерева находятся в сухая почва, и они не могут получить воду, это может повлиять на способность дерева перемещать углерод, что, в свою очередь, может помешать росту новых корней. Наша модель улавливает эту обратную связь».
Помогая ученым понять особенности, благодаря которым некоторые сосны и можжевельники переживают засуху, исследование может дать представление о том, как хвойные леса будут реагировать на давление изменения климата.
«Ученые пытаются предсказать, что произойдет с биомами мира при изменении климата, и модели должны быть физиологически реалистичными», - говорит Маккей. «Во время прошлых засух есть много свидетельств того, что мы могли бы назвать гидрологическими убежищами - очаги древесных видов, которые пережили засухи, используя более глубокие водные ресурсы. Некоторые модели, как правило, завышают смертность деревьев, потому что они не могут захватить некоторые из этих убежищ. Если мы сможем больше узнать об этих убежищах и о том, как они создаются, мы сможем использовать эти знания для создания лучших моделей».