Генетическое разнообразие важно для выживания растений при увеличении поступления азота

Генетическое разнообразие важно для выживания видов растений в северных лесах, испытывающих антропогенную азотную нагрузку. К такому выводу в своей докторской диссертации пришла Франциска Бандау.

Азот является важным питательным веществом для растений. В северных лесах его доступность ограничена, но местные виды хорошо адаптированы к таким условиям. Однако в настоящее время человек всё больше добавляет азот в лесные экосистемы. Сжигание ископаемого топлива, производство удобрений и сельское хозяйство приводят к выбросу больших количеств азота в атмосферу, который ветрами переносится и осаждается в окружающей среде за десятки или даже тысячи километров от источника загрязнения. Помимо этих непреднамеренных поступлений, владельцы земель также намеренно удобряют леса для увеличения урожая древесины.

Эти две формы антропогенного поступления азота могут иметь многочисленные последствия, включая потерю видов растений и снижение биоразнообразия. Считается, что к этим потерям ведут два механизма. Во-первых, дополнительный азот может изменить конкурентные взаимодействия между растениями, и виды, быстрее использующие избыток азота, могут вытеснить виды, адаптированные к условиям общего дефицита. Во-вторых, дополнительный азот может изменить химический состав листьев, что, в свою очередь, повлияет на степень поражения растений естественными врагами — насекомыми или грибами.

В своей работе Франциска Бандау провела серию экспериментов по удобрению на модельном виде — осине, чтобы изучить влияние антропогенного азота на генетически разнообразные особи. Она выращивала особи осины с разной генетически обусловленной способностью производить в листьях определенные химические соединения — конденсированные танины. Эти соединения могут защищать растения от насекомых, делая листья невкусными или малопитательными, а также от некоторых патогенных грибов. Исследовательница обнаружила, что растения, получавшие дозы азота, имитирующие атмосферное deposition и удобрение леса, в целом сильнее повреждались насекомыми и грибами, чем растения без дополнительного азота. Однако растения с высоким производством танинов всегда повреждались меньше, чем растения с низким их содержанием.

«Я также наблюдала, что у осины с генетически предопределённым высоким производством танинов рост был ограничен при фоновых уровнях азота и атмосферного deposition, но это ограничение снималось, когда растения получали дозы азота, соответствующие нормам удобрения леса, и когда давление естественных врагов было высоким», — говорит Франциска Бандау.

Поскольку движущими силами потери видов считаются конкуренция и изменения во взаимодействиях «растение-враг», в изменённых азотных условиях потенциально могут получить преимущество как растения с низким, так и с высоким содержанием танинов. Если ключевым фактором являются естественные враги, более вероятно выживание растений с высоким содержанием танинов. Однако если изменения определяет конкуренция, то лучше будут себя проявлять растения с низким содержанием танинов, которые при слегка повышенном содержании азота растут быстрее высокотанинных растений.

«Но поскольку как условия азотного питания, так и давление врагов сильно варьируют в пространстве и времени, генетически разнообразные популяции будут иметь наивысшие шансы на выживание в условиях антропогенных поступлений азота», — заключает Франциска Бандау.