Reduktioner i individuelle plantevækst øger nogle gange samfundets modstandskraft

I sport, nogle gange skal en spiller tage en for holdet. Det samme ser ud til at være tilfældet i planteverdenen, hvor reduceret individuel vækst kan gavne det bredere samfund.

Resultaterne fra University of Michigans Paul Glaum og André Kessler fra Cornell University hjælper med at forklare vedholdenheden af ​​nogle plantesamfund, når teorien forudsiger, at de skulle uddø. Værket er planlagt til udgivelse 11. december i Naturkommunikation .

"Vi så på, hvordan kemiske forsvarstegn fra planter, beregnet til at afskrække planteædere, kan også afskrække bestøvere, sagde Glaum, en ph.d.-studerende ved U-M Institut for Økologi og Evolutionær Biologi. "Det overraskende modelresultat er, at selvom dette kan føre til fitnesstab for enkeltpersoner, populationseffekterne kan være positive for bestøvere og planter under nogle omstændigheder."

Mange planter, herunder de vilde tomatarter, der blev brugt i denne undersøgelse, producere kemiske forbindelser til at afvise skadedyr og andre sultne planteædere. Men de samme kemiske forsvar kan reducere antallet af besøg på planten af ​​bestøvere som bier, hvilket resulterer i mindre bestøvning af individuelle planter og nedsat vækst.

"Biologer har undret sig over, hvordan sådan en dyr forsvarsmekanisme kan opretholdes i disse plantepopulationer, "Sagde Glaum." Hvordan ville en plantebestand med en sådan strategi fortsætte? "

Glaum og Kessler udviklede en computermodel, der viser, at nedsat vækst af individuelle planter kan gavne den samlede population og modstandsdygtighed fra samfundet ved indirekte at kontrollere plantevækstbestandens vækst. Resultaterne introducerer mekanismer for vedholdenhed i lokalsamfund, der tidligere har været tilbøjelige til at uddø i teoretiske modeller.

Tomater og andre planter producerer afvisende kemikalier kaldet flygtige organiske forbindelser som reaktion på planteædende angreb. Tilstedeværelsen af ​​disse såkaldte planteædere-inducerede flygtige organiske forbindelser kan gøre planten mindre attraktiv for bestøvere, som kan reducere pollenaflejring og negativt påvirke individuelle planter, en effekt kendt som planteæder-induceret pollinatorbegrænsning.

Tidligere modelleringsstudier har set på de direkte virkninger af planteædende på et samfund med tre arter:blomstrende plante, bestøver og planteæder. Nogle af disse undersøgelser forudsagde udryddelse, fordi voksende planteædende populationer ville reducere antallet af planter, begrænsning af ressourcer til rådighed for bestøverne. Som svar, bestøverbestanden ville falde, sænke planternes reproduktion.

En nedadgående spiral.

Men Glaum og Kessler nåede til en anden konklusion, da de inkluderede herbivore-induceret bestøvningsbegrænsning (HIPL) i deres model, hvilket gav dem mulighed for at undersøge bredere, mere indirekte virkninger af planteædende på plantebestandens persistens og samfundsdynamikken.

"Vi viser, at inklusion af mekanismer som HIPL i modeller genererer potentialet for uventede befolknings- og samfundsmæssige effekter, der kan reducere tendensen til udryddelse og faktisk understøtte samfundets vedholdenhed, "skrev de.

Modelleringsundersøgelsen tyder på, at den planteædende inducerede frigivelse af beskyttende kemiske forbindelser begrænser befolkningstilvæksten for både bestøveren og den blomstrende plante, derved midlertidigt og indirekte begrænse væksten af ​​planteædende populationer og forhindre udryddelse.

Glaum og Kessler genererede modellen ved hjælp af data fra en række feltforsøg på Stillehavsskråningen i de peruvianske Andesbjergene udført af Kessler og hans samarbejdspartnere ved hjælp af de vilde tomatarter Solanum peruvianum. Denne plante er udsat for angreb fra et mangfoldigt sæt af planteædende insekter og bestøves af vilde bier.

Forskerne målte både frigivelsen af ​​planteædere-inducerede flygtige organiske forbindelser (HI-VOC'er) fra de vilde tomatplanter og bestøverbesøg på forskellige niveauer af planteædende for at bestemme, hvordan bibestøvning ændrer sig som funktion af mængden af ​​planteædende, som en plante oplever.

I marken, planteædende af tomatplanterne viste sig at reducere antallet af bestøvere betydeligt på grund af frigivelsen af ​​HI-VOC'er. Imidlertid, modelleringsundersøgelsen viste, at det gensidigt fordelagtige forhold mellem den blomstrende tomatplante og dens bi -bestøvere - såvel som det overordnede system - kan fortsætte gennem højere mængder af planteædere, end forskere tidligere havde troet.

Arbejdet blev delvist støttet af National Institute of Food and Agriculture, US Department of Agriculture, Multistate bevilling under NE-1501, tildelt Kessler Lab.