Новое исследование, проведенное ученым-исследователем из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab), выявляет буквально теневую практику в науке о растениях, которая в некоторых случаях недооценивает скорость роста растений и фотосинтез, среди прочего черты.
Исследование, опубликованное 19 декабря в журнале Nature Plants, предполагает, что эта проблема может быть связана с общей тенденцией в полевых исследованиях сообщать об измерениях листьев, сделанных в частично затененных условиях, как о существующих в более освещенных солнцем условиях.
В результате глобальные базы данных и модели растений могут потребовать обновления, чтобы лучше учесть реакцию растений на условия полного солнца, сказал Тревор Ф. Кинан, научный сотрудник отдела наук о Земле и окружающей среде Беркли Лаборатории, который руководил исследованием..
«Часто, когда исследователи работают в полевых условиях, трудно добраться до листьев на вершинах деревьев», - сказал Кинан, особенно в районах с густой растительностью, таких как тропические леса, где кроны могут достигать более 100 футов в высоту.
В других случаях растения в подлеске растут в основном в тени, поэтому невозможно взять пробу на полном солнце. Признаки довольно сильно различаются в кроне, поэтому, если вы не выборки будут необъективными», - сказал он.
Исследование выявило большие вариации характеристик листьев в зависимости от освещения
В полевых исследованиях растений условия полного солнца определяются как условия, при которых растение получает максимальное количество солнечного света, обычно в верхней части кроны, но большинство листьев не растут в условиях полного солнца.
Листья в нижней части кроны тропического леса могут получать в 100 раз меньше солнечного света, чем листья в верхней части кроны, сказал Кинан. И многие характеристики листьев, которые являются неотъемлемой частью жизненно важных функций листа, таких как поглощение углерода и фотосинтез, могут различаться в 20 раз между верхними и нижними листьями одного и того же растения.
"Например, самая высокая концентрация азота находится наверху, где у вас больше всего солнечного света. Растения выделяют там много питательных веществ, чтобы они могли извлечь из этого наибольшую выгоду", - сказал Кинан.
Корень проблемы с данными
Кинан и Уло Ниинеметс, исследователь из Эстонского университета наук о жизни и Эстонской академии наук, оценили данные о листьях из нескольких баз данных, охватывающих сотни видов растений и охватывающих большинство регионов мира. исследование. Они использовали данные тех исследований, в которых сообщалась дополнительная информация о конкретном местоположении отобранных листьев в кроне деревьев, в качестве эталона для данных других исследований. Исследование проводилось, когда Кинан и его коллеги собирали новую глобальную базу данных для исследований растений.
Неправильно зарегистрированные условия солнца и тени, вероятно, наиболее ярко выражены в тропических регионах, сказал Кинан. Поскольку эти области тропической растительности также считаются крупнейшими «поглотителями углерода» на планете при удалении углекислого газа из атмосферы, «это одни из самых важных областей, на которых следует сосредоточиться», - сказал он..
Улучшение учета условий освещения, в которых растут отобранные листья, может помочь улучшить модели, учитывающие общую скорость фотосинтеза растений, и лучше количественно оценить их роль, например, в качестве поглотителя углерода, а также адаптируемость растений к изменяющимся условиям. условия. Он также может выявить важные корреляции между тем, какие признаки растений наиболее ярко выражены в различных условиях освещения.
Более точные методы отбора проб могут в конечном итоге помочь ученым лучше понять структуру и функции всей экосистемы, а также понять, как растения реагируют на такие факторы, как изменение климата, говорится в исследовании.
В дополнение к улучшенным отчетам об освещенности солнцем, существует также необходимость в более точном учете возраста растений в полевых исследованиях, поскольку возраст может повлиять на химический состав листьев и их функцию, согласно исследованию.
В исследовании сделан вывод о том, что полевые исследования должны быть более точными в отношении точного описания освещенных солнцем и затененных условий, а также возрастных характеристик листьев. «Мы надеемся, что эти результаты помогут улучшить стратегии полевых измерений», - сказал Кинан.
Объединение полевых данных с моделированием и теорией
Более стандартизированная полевая работа, параллельно с новыми вычислительными инструментами и теоретической работой, будет способствовать улучшению глобальных моделей предприятий, сказал Кинан. Исследователи, скорее всего, будут использовать возможности суперкомпьютеров Национального научно-исследовательского вычислительного центра энергетических исследований (NERSC) лаборатории Беркли в предстоящей работе по моделированию.
«Мы действительно не знаем, как растения будут акклиматизироваться к изменяющемуся климату», - сказал Кинан, отметив, что исследователи лаборатории разрабатывают теорию о том, почему растения акклиматизируются и меняют распределение питательных веществ в кроне.«Мы можем использовать это, чтобы лучше понять, почему значения признаков различаются».
Появляются новые методы для улучшения сбора данных в полевых условиях, также сказал Кинан. В исследовании отмечается, что в некоторых полевых исследованиях использовался метод дробовика для отбора проб листьев в верхней части кроны - стрельба из дробовика, чтобы обрезать листья, которые в противном случае недоступны, - хотя этот метод изменяет поток воды, который существует в прикрепленных листьях, поэтому это может повлиять на измерения фотосинтеза.
LIDAR, лазерная картографическая технология, нашла более широкое применение в полевых работах с растениями, отметил Кинан, предоставляя, например, трехмерные изображения структуры леса, а компьютерное моделирование, основанное на физике, улучшает свои возможности. для моделирования того, как листья передают энергию солнечного света.
«Определенно существует путь вперед в технологических и научных достижениях, наряду с новыми подходами к измерениям», - сказал он. «Предстоит много работы».