Война под нашими ногами – фундаментальная наука

Педро Лира

Под землей растения ведут тихую борьбу за воду и минералы.

*

Как изучить ту часть растительности, которая скрыта под землей? Есть ли какие-то правила роста корней растений? Исследователи из Бразилии, Испании и США собрались вместе, чтобы ответить на этот фундаментальный экологический вопрос, и результаты оказались поразительными. Деревья конкурируют друг с другом и «вычисляют», как и где их корни должны расти, в зависимости от того, насколько они близки к соседним растениям и конкурентам.

Логика проста. У растения появятся корни только в том случае, если его природных ресурсов достаточно, чтобы принести ему пользу. Это объясняет физик Рикардо Мартинес-Гарсиа, профессор Института теоретической физики Государственного университета Сан-Паулу имени Жулио де Мескита Филью и Южноамериканского института фундаментальных исследований в Сан-Паулу. «Растению дороже поглощать ресурсы в двух метрах от стебля, чем в десяти сантиметрах от него, потому что, поскольку оно не может двигаться, необходимо производить более длинный корень». Другими словами, он должен взвесить затраты и выгоды.

Степень сложности увеличивается, если поблизости есть вторая фабрика, когда они начинают соревноваться за доступные ресурсы. Представьте себе определенное количество воды в определенной точке, которая находится в двух метрах от одного растения и в полуметре от другого. Даже если бы два завода использовали эту доступную воду одинаково, ближайший к источнику завод получил бы ее по более низкой цене.

Исследователи пришли к такому выводу путем моделирования того, как растения распространяют свои корни под землей. Исчисление было задумано на основе теории игр, раздела математики, изучающего стратегические ситуации, в которых объекты исследования выбирают, как действовать в поисках лучшего результата.

Исследование набрало обороты после того, как в декабре 2020 года было напечатано на обложке журнала Science. До этого существовали две противоречивые теории, объясняющие поведение корней растения в присутствии конкурента. Утверждается, что растения реагируют на конкуренцию уменьшением размера своей корневой системы, т. Е. Они вкладывают меньше средств в корни, чем их конкуренты. Другой нацелен на общую массу произведенных корней, либо когда растение растет в одиночку, либо когда оно конкурирует за ресурсы с конкурентами, когда оно дает больше корней.

В конце концов, сокращает ли растение в присутствии других растений свою корневую систему или дает больше корней? «Поскольку наша работа объединяет количество корней, которые производит растение, а также положение пространства, в котором оно их производит, нам удалось согласовать две теории: если у них есть конкуренты, растения производят больше корней рядом с стержнем и менее далеко от него. Это. “

С теоретической точки зрения открытие имеет фундаментальное значение для лучшего понимания экосистем планеты. По словам Гарсиа-Мартинеса, этот инструмент может помочь предсказать, как биомы оптимизируют водные ресурсы и реагируют на изменение климата. «С точки зрения прикладной науки, модель может помочь нам разработать оптимизированные культуры, распределив растения таким образом, чтобы они приносили больше фруктов, поскольку они будут тратить меньше энергии на распространение корней», – объясняет он.

Это был только первый шаг в исследовании. Теперь исследователи решили развить модель, изучая взаимодействия в системах с более чем двумя растениями, с разными видами и в разных климатических условиях.

*

Педро Лира, журналист и сотрудник социальных сетей в Instituto Serrapilheira

Подпишитесь на информационный бюллетень Serrapilheira, чтобы следить за новостями института и блога Ciência Fundamental. У вас есть предложенная повестка дня? Узнайте, как сотрудничать здесь.

Back to top button