Ученые выяснили, как биоразнообразие влияет на химическую коммуникацию растений

Исследователи из Института химической экологии общества Макса Планка и Кильского университета экспериментально доказали, что сокращение видового разнообразия растений изменяет их химические сигналы как на уровне всего сообщества, так и внутри отдельных растений.

Сбор летучих веществ. Автор: Сибилла Унзикер

Эксперименты на луговых участках с разным уровнем разнообразия показали, что сообщества с большим количеством видов испускают более богатые и сложные запаховые сигналы. При снижении биоразнообразия эти химические сигналы меняются, что перестраивает взаимодействия во всем сообществе и косвенно влияет на отдельные растения, например, подорожник ланцетолистный, через запахи, выделяемые их соседями.

Результаты, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что биоразнообразие — это не только видовое богатство, но и невидимые сети химической коммуникации в экосистемах. Их потеря может нарушить эти естественные системы сигнализации.

Полевые эксперименты с подорожником

Исследователи сосредоточились на подорожнике ланцетолистном (Plantago lanceolata), так как его экологические взаимодействия уже хорошо изучены. Работа проводилась в рамках «Йенского эксперимента».

«В наших экспериментах мы хотели учесть больше одного-двух соседних растений, как это обычно бывает в лаборатории. В естественных экосистемах растения живут в разнообразных сообществах и взаимодействуют со множеством других растений, насекомых и микроорганизмов», — говорит первый автор работы Памела Медина ван Беркум.

Для измерения летучих соединений, испускаемых растениями в полевых условиях, ученые разработали специальную систему. На уровне сообщества использовался прозрачный купол, накрывающий растительность, а для отдельных растений — небольшие прозрачные пластиковые пакеты.

Разнообразие ведет к сложности сигналов

Было обнаружено, что чем разнообразнее растительное сообщество, тем сложнее его химические сигналы. Высокое видовое разнообразие приводит к выделению большего количества летучих соединений и большего разнообразия запаховых молекул. Это изменение затрагивало как отдельные растения, так и всё сообщество.

Химические сигналы отдельного подорожника косвенно менялись под влиянием соседних растений. То есть, запахи, испускаемые окружающими растениями, влияли на коммуникацию отдельного подорожника.

Нарушение невидимых сетей

Идентичность и разнообразие соседних растений влияют на то, как растения отправляют и получают химические сигналы. Изменения в профилях запахов имеют последствия, поскольку запахи играют ключевую роль в коммуникации между растениями, насекомыми и микроорганизмами.

«Растительное разнообразие напрямую влияет на коэволюцию видов, стабильность экосистем и охрану природы. Потеря биоразнообразия может нарушить как видимые взаимодействия между видами, так и невидимые коммуникационные сети растений», — предупреждает Сибилла Унзикер.

Повышение видового разнообразия с помощью устойчивого сельского хозяйства, такого как создание цветочных полос, диверсификация культур и отказ от гербицидов, может помочь восстановить эти естественные системы сигнализации. Это также поддержит естественную защиту растений и привлечение опылителей.

Новая перспектива

Исследователи планируют продолжить эксперименты, чтобы лучше понять, как изменения в химической коммуникации, вызванные видовым составом, влияют на функционирование экосистемы. В частности, они хотят выяснить, как биоразнообразие влияет на взаимодействие растений с другими организмами, особенно в отношении привлечения насекомых.

Текущее исследование подчеркивает замечательное разнообразие летучих соединений в богатых видами лугах, однако их экологическое значение во многом еще неизвестно, и команда намерена восполнить этот пробел в знаниях.