Et nyt vindue til fortidens planter

Inden i skabene og skufferne i verdens herbarier er der næsten 400 millioner tørrede planteeksemplarer. Disse samlinger har længe tjent som en vital registrering af, hvilke plantearter der findes på Jorden, og hvor de vokser. Men gemt i de udtørrede blade, stængler, blomster og rødder er der langt mere information om, hvordan planterne interagerede med deres miljø, mens de var i live. At kende til disse "funktionelle træk" - aspekter som bladstruktur, kemisk sammensætning og vandindhold - kan hjælpe forskerne med at forstå, hvordan plantesamfund ændrer sig over tid, og i sidste ende hvordan vi kan hjælpe økosystemer med at trives i fremtiden.

Indtil nu har den eneste måde at lære om disse træk fra herbariesamlinger krævet at ødelægge stumper af de dyrebare eksemplarer. Men for nylig udviklede forskere fra University of Minnesota og Université de Montréal i Quebec en hurtig, ikke-destruktiv måde at estimere de funktionelle træk ved herbarieprøver.

Forskerne brugte en teknik kaldet reflektansspektroskopi, som måler, hvor meget lys et materiale reflekterer ved forskellige bølgelængder for at opnå bladenes spektroskopiske "fingeraftryk" eller spektre. På mere end 600 planteprøver fra nordlige tempererede og boreale skovbiomer i Nordamerika målte de spektrene af friske, levende blade; blade, der var blevet presset som herbarieprøver; og formalede blade. De målte også bladenes kemiske og strukturelle egenskaber ved hjælp af konventionelle metoder. De brugte derefter dataene til at udvikle modeller, der bruger spektre til at estimere funktionelle træk og evaluerede, hvor godt modellerne klarede sig på nye planteprøver fra de samme biomer i Cedar Creek Ecosystem Science Reserve. Til sidst testede de, hvor godt spektrene kunne bruges til at skelne arter fra hinanden.

Deres resultater:

• Friske bladspektre gav de bedste forudsigelser for egenskaber relateret til bladstruktur og vandindhold, mens jordbladsspektre virkede bedst for egenskaber relateret til bladkemi.
• Presset-blad-spektre gav meget gode forudsigelser - sædvanligvis mellem frisk-blad- og jord-blad-spektre. For eksempel forudsagde de mere end 75 % af variationen i bladkvælstofindhold og mere end 90 % af variationen i bladmasse pr. areal.
• Både pressede blade og jordbladsspektre gav næsten perfekte forudsigelser om artsidentitet.

Forskningen, offentliggjort i denne måned i Methods in Ecology and Evolution, tilbyder økologer et kraftfuldt nyt værktøj til at bruge biologiske samlinger til at forstå, hvordan plantesamfund ændrer sig over tid, hvilket giver indsigt i, hvordan vi bedst kan holde økosystemer sunde i fremtiden.

"Denne undersøgelse åbner døren til at bruge verdens herbarieprøver til at studere udviklingen af ​​funktionelle egenskaber på tværs af livets plantetræ," sagde medforfatter og professor ved University of Minnesota, Jeannine Cavender-Bares. "Det er et meget spændende fremskridt for integrationen af ​​økologi og fylogenetik."

"Langt fra bare at være døde planter i muggede skuffer, herbaria er nogle af de vigtigste værktøjer, vi har til at forstå den fantastiske mangfoldighed af planteliv," tilføjede medforfatter og tidligere University of Minnesota kandidatstuderende Shan Kothari, nu postdoc-forsker ved Université de Montréal. "Vi håber, at denne metode kan indtage sin plads blandt de mange smarte og innovative måder, hvorpå økologer har genbrugt herbariesamlinger til nye formål." + Udforsk yderligere

Hvordan diversificerer funktionelle egenskaber og korrelerer fylogenetisk for co-forekommende underjordiske arter i boreale skove?