747
Осика тремтяча може «записувати» пережиту посуху не лише в річних кільцях, а й у хімії своїх листків. У новому експериментальному дослідженні біологи Університету Юти показали, що попередні періоди дефіциту води залишають тривалу функціональну «пам’ять» у листі осик, що впливає на захист від шкідників і взаємодію з мікробами. Про роботу повідомляє Newswise Science News.
Як посуха змінює захист осики
У трирічному експерименті в так званому «спільному саду» (common garden) дослідники вивчали осику тремтячу (Populus tremuloides) та те, як історія посухи змінює її листкову хімію. Команда спостерігала, як минулі періоди штучно створеної посухи впливають на хімічні захисні сполуки, які нові листки виробляють у наступні роки.
Вчені виявили, що в роки після експериментальної посухи листки мали підвищений вміст саліциноїдних фенольних глікозидів — сполук, що відлякують фітофагів, тобто комах та тварин, які живляться рослинами. За словами Талії Карасов (Talia Karasov), доцентки біології та співавторки роботи, ці речовини роблять листя менш привабливим для поїдання.
Одночасно виявили протилежну тенденцію для іншого важливого класу хімічного захисту: конденсовані таніни, що допомагають деревам протистояти мікробам, у дерев, які пережили посуху, знижувалися. Дослідники припускають, що така перебудова хімічного профілю листків може бути формою адаптації до сухіших умов.
Ключовий, але вразливий вид гірських лісів
Осика тремтяча — знакова порода гір американського Заходу й офіційне дерево штату Юта. Це єдиний домінуючий листяний вид у багатьох гірських екосистемах регіону. Осики ростуть клональними групами, де всі дерева мають однаковий генотип, а їхній ареал охоплює не лише Скелясті гори, а й частину Канади, Верхнього Середнього Заходу та Нової Англії.
Популяції осик у багатьох районах скорочуються через поєднання чинників: шкідників і патогенів, історичне пригнічення природних пожеж, а також випас худоби й диких тварин, що сприяє витісненню осик хвойними видами. Відновлення цих дерев вважають критичним для екологічного здоров’я західних лісів, однак науковці досі не повністю розуміють усі причини їхнього занепаду й можливі шляхи відновлення.
Карасов пояснює, що її команда прагнула розглядати посуху не лише як короткочасний стрес, а як подію, здатну надовго змінити взаємодії дерев з живими організмами навколо — від комах до мікробів на листках. Самі умови посушливого року не пояснюють усю відстрочену смертність у лісах, тому вчені запитали, чи не залишає колишній дефіцит води стійкий «відбиток» у хімії листя осик, який далі впливатиме на фітофагів і грибні спільноти.
Експериментальний «спільний сад»
Щоб відокремити вплив середовища від генетики, дослідники використали модель «спільного саду»: рослини з різних природних популяцій вирощують в одному місці за однакових умов. Експериментальний ділянку з осиками заклали 2021 року в Біологічному дослідницькому саду Університету Юти поблизу каньйону Ред-Б’ют.
Кореневі нащадки осик для посадки зібрали в п’яти національних лісах Юти та Колорадо на висоті близько 2700 метрів на південних схилах. З 2021 по 2023 рік команда керувала поливом дерев, моделюючи різні рівні посухи. Наприкінці серпня листки збирали й аналізували на вміст захисних сполук, які концентруються в листі як відповідь на поїдання тваринами та на ураження патогенними мікроорганізмами.
Результати показали, що підвищення рівня фенольних глікозидів пов’язане зі зменшенням пошкодження крони. Інші зафіксовані зміни в хімічному складі листків відповідали переструктуруванню грибних спільнот, які населяють листову поверхню. Попередні дослідження свідчать, що навіть невелике збільшення частки фенольних глікозидів може скоротити об’їдання листя до 25%.
На окремих листках частка маси, яку становлять захисні сполуки проти фітофагів і мікробів, може сягати до 20%. Це означає, що дерева спрямовують значну частину своїх ресурсів саме на оборону. Водночас команда не виявила доказів, що додаткові витрати на синтез фенольних глікозидів відбуваються за рахунок загального росту дерев.
Пам’ять про посуху та невідомі наслідки
Автори дійшли висновку, що ефекти посухи можуть зберігатися протягом наступних вегетаційних сезонів і впливати на те, як осики відновлюються та наскільки вони вразливі до шкідників і хвороб. Дослідження показує, що посуха разом із листковою хімією діють як фільтр для мікробних спільнот, які заселяють листки.
Водночас наразі незрозуміло, чи ці зрушення в мікробіомі зрештою покращують, чи навпаки погіршують здатність осик відновлюватися після стресу. Дослідники підкреслюють, що захист від шкідників і патогенів імовірно є ключовим для виживання осик як у роки посухи, так і за нормальних умов зволоження.
Науковці вважають, що їхня робота заповнює важливу прогалину в розумінні того, як посуха й вироблення захисних речовин змінюються не лише під час самого стресу, а й у наступні роки. Це знання може допомогти краще прогнозувати долю осикових лісів у мінливому кліматі та розробляти стратегії їхнього збереження.
Осики «пам’ятають» посуху в хімічному складі своїх листків з’явилася спочатку на Цікавості.
