Hansı bitkilər quraqlıqdan, iqlim dəyişikliyindən sağ çıxacaq?

UCLA ekologiya və təkamül biologiyası professoru və araşdırmanın baş müəllifi Lawren Sack, quraqlıqların bütün ekosistemlərdəki bitkilər üçün böyük bir problem yaratdıqları üçün dünyada daha da pisləşdiyini söylədi. Elm adamları bir əsrdən çoxdur ki, hansı növün ən həssas olduğunu proqnozlaşdıra bilərlər.


Ən pis 11 il ərzində ən pis olan və federal olaraq təbii fəlakət olaraq təyin olunan 2010-11-ci illərin həddindən artıq quraqlığı zamanı Havay meşəsində yarpaqlı ağac yarpaqlı bir ağacdır (Psydrax odorata). Şəkil Krediti: Faith Inman-Narahari

Çuval və laboratoriyasının iki üzvü, bu mübahisəni həll edən və iqlim dəyişikliyinin yaratdığı təhlükələri nəzərə alaraq çox vacib olan dünyanın müxtəlif bitki növlərinin və bitki növlərinin quraqlığa necə dözəcəyini proqnozlaşdırmağa imkan verən fundamental bir kəşf etdiklərini söylədi.


Araşdırma hal -hazırda nüfuzlu bir ekologiya jurnalı olan Ecology Letters -ın onlayn nəşrində mövcuddur və yaxın gələcəkdə nəşr olunacaq.

Kaliforniyanın yerli şaparal kolları həmişəyaşıl yarpaqları ilə uzun quru mövsümlərdə sağ qalarkən, torpaq quruduqda niyə günəbaxan tez quruyur və çürüyür? Bitkilərin quraqlığa dözümlülüyünü təyin edən bir çox mexanizm olduğu üçün bitki alimləri arasında hansı xüsusiyyətin ən vacib olduğu mövzusunda şiddətli mübahisə var. Milli Elm Vəqfi tərəfindən maliyyələşdirilən UCLA qrupu, bitki növləri və ekosistemlər arasında quraqlığa dözümlülüyü əvvəlcədən sübut etmədiyi 'turgor itkisi nöqtəsi' adlı bir xüsusiyyətə diqqət çəkdi.

Bitkilər və heyvanlar arasındakı əsas fərq, bitki hüceyrələrinin hüceyrə divarları ilə əhatə olunmasıdır, heyvan hüceyrələri isə deyil. Hüceyrələri işlək vəziyyətdə saxlamaq üçün bitkilər 'turqor təzyiqinə' bağlıdır - hüceyrə divarlarına bastıraraq tutan daxili duzlu suyun hüceyrələrdə yaratdığı təzyiq. Yarpaqlar fotosintez üçün karbon qazını tutmaq üçün məsamələrini və ya stomalarını açdıqda, bu suyun xeyli miqdarını buxarlanmaq üçün itirirlər. Bu, hüceyrələri susuzlaşdıraraq təzyiq itkisinə səbəb olur.

Quraqlıq zamanı hüceyrənin suyunu əvəz etmək çətinləşir. Turgor itkisi nöqtəsi, yarpaq hüceyrələri divarlarının sarkdığı bir nöqtəyə çatdıqda əldə edilir; Bu hüceyrə səviyyəsində turgor itkisi yarpağın solğunlaşmasına və solmasına səbəb olur və bitki böyüyə bilməz, dedi Sack.




Solğun ağac, ən azı 11 il ərzində ən pis olan və federal olaraq təbii fəlakət olaraq təyin olunan 2010-11-ci illərin həddindən artıq quraqlığı zamanı Havay meşəsində yarpaqları tərk edir. Bu ağac səndəl ağacıdır (Santalum paniculatum). Şəkil Krediti: Faith Inman-Narahari

'Torpağın quruması bir bitkinin hüceyrələrinin turgor itkisi həddinə çatmasına səbəb ola bilər və bitki ya stomasını bağlamaq, ya aclıq və ya solmuş yarpaqlarla fotosintez etmək, hüceyrə divarlarını və metabolik zülalları zədələmək riski ilə üzləşəcək' dedi. 'Quraqlığa daha çox dözümlü olmaq üçün bitkinin turqor itirmə nöqtəsini dəyişdirməsi lazımdır ki, hüceyrələri torpaq quruyanda belə turqorunu saxlaya bilsin.'

Bioloqlar, ekosistemlər daxilində və bütün dünyada quraqlığa daha çox dözümlü bitkilərin turqor itkisi nöqtələrinin daha aşağı olduğunu göstərdi; torpağın quruduğuna baxmayaraq turqorunu saxlaya bildilər.

Komanda, turgorun itki nöqtəsini və quraqlığa dözümlülüyünü təyin edən xüsusiyyətlər haqqında bir çox elm adamının çoxdankı fərziyyələrini alt-üst edərək, onilliklərdir davam edən əlavə mübahisələri həll etdi. Bitki hüceyrələri ilə əlaqəli iki xüsusiyyətin bitkilərin turgor itkisi nöqtəsinə təsir etdiyi və quraqlığa dözümlülüyü artırdığı düşünülmüşdür: Bitkilər hüceyrə divarlarını bərkidə bilər və ya həll edilmiş məhlulları yükləyərək hüceyrələrini daha duzlu edə bilərlər. Bir çox görkəmli elm adamı 'sərt hüceyrə divarı' anlayışına söykəndi, çünki dünyanın quru bölgələrində bitkilər kiçik, sərt yarpaqlara sahibdirlər. Elm adamları, sərt hüceyrə divarları yarpağın solmamasını və quru vaxtlarda suyunu tutmasını təmin edə bilər. Dünyadakı bitkilər üçün hüceyrələrin duzluluğu haqqında çox az şey məlum idi.


UCLA qrupu, növlər arasında quraqlığa dözümlülüyü izah edən hüceyrə şirəsinin duzluluğu olduğunu qəti şəkildə nümayiş etdirdi. Onların ilk yanaşması riyazi idi; komanda solğun davranışı tənzimləyən əsas tənlikləri yenidən nəzərdən keçirdi və ilk dəfə həll etdi. Onların riyazi həlli daha duzlu hüceyrə şirəsinin əhəmiyyətinə işarə etdi. Hər bitki hüceyrəsindəki daha duzlu hüceyrə suyu, quraqlıq zamanı bitkinin turgor təzyiqini saxlamasına və quraqlıq gəldikdə fotosintez və böyüməsinə davam etməsinə imkan verir. Tənlik göstərdi ki, qalın hüceyrə divarları bəzi hallarda vacib ola biləcək dolayı fayda təmin etsə də, solğunluğun qarşısını almağa birbaşa töhfə vermir - hüceyrələrin həddindən artıq kiçilməsindən və elementlərin və ya böcəklərin və məməlilərin zərər görməsindən qorunma.

Komanda, nəticələrini təsdiqləyən dünya növləri üçün ilk dəfə quraqlığa dözümlülük xüsusiyyətlərini də topladı. Coğrafi ərazilərdə və dünyanın hər yerində quraqlığa dözümlülük, hüceyrə divarlarının sərtliyi ilə deyil, hüceyrə şirəsinin duzluluğu ilə əlaqələndirilirdi. Əslində, sərt hüceyrə divarları olan növlər yalnız quraq zonalarda deyil, yağış meşələri kimi yaş sistemlərdə də tapıldı, çünki burada da təkamül zərərdən qorunan uzunömürlü yarpaqlara üstünlük verir.

Sack, quraqlığa dözümlülüyün əsas sürücüsü olaraq hüceyrə duzluluğunun təyin edilməsi böyük mübahisələri aradan qaldırdı və hansı növlərin iqlim dəyişikliyindən yox olmaqdan xilas ola biləcəyini proqnozlaşdırmağa yol açdığını söylədi.

UCLA ekologiya və təkamül biologiyası bölməsinin doktorantı, tədqiqatçılardan biri Christine Scoffoni, 'Hüceyrələrdə cəmlənmiş duz, suyu daha sıx tutur və quraqlıq zamanı bitkilərin turqoru saxlamasına birbaşa imkan verir' dedi.


Sərt hüceyrə divarının rolu daha çətin idi.

UCLA məzunu Megan Bartlett, 'Daha sərt bir hüceyrə divarına sahib olmağın quraqlığa dözümlülüyünün bir qədər azaldığını görəndə təəccübləndik. ekologiya və təkamül biologiyası şöbəsinin tələbəsi.

Tədqiqatçılar bildiriblər ki, bu ziddiyyət quraqlığa davamlı bitkilərin turgor təzyiqini itirdikcə susuzlaşdıran hüceyrələrini kiçilməkdən qorumaq üçün ikincil ehtiyacları ilə izah olunur.

'Sərt bir divar hüceyrə turgorunu saxlamasa da, turgor azaldıqca və suyun içində qaldığı üçün hüceyrələrin kiçilməsinin qarşısını alır, belə ki hüceyrələr hələ də turgor itkisi nöqtəsində belə böyük və nəmlidir' deyə Bartlett izah etdi. 'Beləliklə, bir bitki üçün ideal birləşmə, turgor təzyiqini saxlamaq üçün yüksək bir həll konsentrasiyasına və çox su itirməsinin və yarpaq suyunun təzyiqi düşdükcə kiçilməsinin qarşısını almaq üçün sərt bir hüceyrə divarına sahib olmasıdır. Ancaq quraqlığa həssas bitkilərin də tez-tez qalın hüceyrə divarları olur, çünki sərt yarpaqlar həm də otyeyənlərə və gündəlik aşınmaya qarşı yaxşı qoruyur. '

Komanda, turgor itkisi nöqtəsinin və duzlu hüceyrə şirəsinin bitkinin quraqlığa dözümlülüyünü proqnozlaşdırmaq üçün müstəsna gücə malik olduğunu göstərsə də, ən məşhur və müxtəlif çöl bitkilərindən bəziləri-kaktuslar, yuccas və agavlar da daxil olmaqla bir çox çevik divarlı əks dizaynı nümayiş etdirir. Sack, seyreltilmiş sap tutan və turgorunu sürətlə itirəcək hüceyrələrin olduğunu söylədi.

'Bu sukkulentlər quraqlığa dözməkdə əslində qorxuncdur və bunun əvəzinə bundan qaçırlar' dedi. 'Dokularının çoxu su saxlama hüceyrələri olduğu üçün stomatlarını gündüz və ya gecə minimal olaraq aça və yağış yağana qədər saxladıqları su ilə yaşaya bilirlər. Çevik hüceyrə divarları bitkinin qalan hissəsinə su buraxmasına kömək edir. ”

Bu yeni araşdırma, bitki yarpaqlarında olan hüceyrələrin duzluluğunun, bitkilərin harada yaşadığını və dünyanın ekosistemlərinə hakim olan bitkilərin növlərini izah edə biləcəyini göstərdi. Komanda, Çinin Yunnan şəhərindəki Xishuangbanna Tropik Nəbatat Bağlarında çox sayda növ arasında turgor itkisi nöqtəsini sürətlə ölçmək üçün yeni bir üsul hazırlamaq və minlərlə növ üçün quraqlıq tolerantlığının kritik qiymətləndirilməsini mümkün etmək üçün əməkdaşlıq edir. vaxt.

'Ölçə biləcəyimiz güclü bir quraqlıq göstəricisinə sahib olduğumuz üçün həyəcanlanırıq' dedi Bartlett. 'Bunu bitkilərin ətraf mühitə necə uyğunlaşdığını görmək və iqlim dəyişikliyi şəraitində qorunması üçün daha yaxşı strategiyalar hazırlamaq üçün bütün ekosistemlərə və ya bitki ailələrinə tətbiq edə bilərik.'

UCLA, təxminən 38,000 bakalavr və magistr tələbəsi ilə Kaliforniyanın ən böyük universitetidir. UCLA Ədəbiyyat və Elm Kolleci və universitetin 11 peşə məktəbi tanınmış fakültəyə malikdir və 337 dərəcə proqram və ixtisas təklif edir. UCLA, akademik, araşdırma, sağlamlıq, mədəni, davamlı təhsil və idman proqramlarının genişliyi və keyfiyyətində milli və beynəlxalq liderdir. Altı məzun və beş fakültə Nobel mükafatına layiq görülmüşdür.

TərəfindənStuart Wolpert