Hvad ligger under:Rødder som drivere af det sydafrikanske landskabsmønster

Vi tænker typisk på planter, der stritter deres bedste ting over jorden:prangende blomster, duftende blomster og unikke former er der i overflod. Men deres udvikling under jorden er lige så magisk.

"I de sidste 400 millioner år, siden planter koloniserede land, har rødder været den sande motor for jordbaseret næringsstofkredsløb," undrer SFI Omidyar Fellow Mingzhen Lu, hovedforfatteren til en ny undersøgelse offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Videnskaber . "Rødder er grundlaget for biodiversitet."

I undersøgelsen, Lu og hans team af internationale samarbejdspartnere, som omfattede de anerkendte videnskabsmænd William Bond (University of Cape Town) og Lars Hedin (Princeton University), gravede dybt for bedre at forstå et af de mest ekstraordinære rodsystemer i verden.

Forskerne gennemførte et fireårigt manipuleret eksperiment for at udforske den skarpe kløft mellem Fynbos og Afrotemperate Forest-biomer i Sydafrikas vestlige kappe. Fynbos, et buskads med en enorm plantediversitet, støder op til Afrotemperate Forest, et skovområde domineret af et lille antal træarter. Den usædvanlige biomgrænse er så smal, at man inden for få skridt passerer fra et varmt, åbent buskads og ind i skovens kølige, mosbevoksede skygge.

Den skarpe afgrænsning er gjort endnu mere tydelig, fordi de to biomer deler en underliggende geologi og er underlagt de samme klimatiske mønstre - de eksisterer som alternative stabile tilstande. I lyset af ekstreme forstyrrelser kan biomerne potentielt skifte for at afspejle de tilstødende plantesamfund.

"Nogle systemer kan eksistere i forskellige tilstande - som vand og is," forklarer Hedin. "Dette gør dem særligt interessante som modeller for dramatiske forandringer, fordi de kan skifte fra en tilstand til en anden, hvilket er særligt presserende i en verden, der er stresset af klimaændringer."

Under denne baggrund afslørede undersøgelsen to væsentlige resultater. For det første udviste fynbos- og afrotempererede skove markante forskelle i deres rodtræk. For det andet giver disse rodforskelle det fynbos plantesamfund mulighed for at afskrække træer ved at begrænse tilgængeligheden af ​​underjordiske næringsstoffer. Specifikt afviser fynbosplanterne invasion med de tyndeste rødder, der nogensinde er identificeret.

"Vi fandt ud af, at på tværs af verdens økosystemer er disse rødder de tyndeste af alle," siger Lu. "For hvert gram kulstof - vægten af ​​en papirclips - producerer disse planter rødder på 15 fodboldbaner."

De snorlige rødder giver fynboarter mulighed for at udkonkurrere tykkere rodplanter i næringsfattig jord.

"Fynboernes tynde rødder er det underjordiske våben, der skaber kummerlige forhold for næringskrævende skovplanter," siger Bond. "Vi ser nu, at det ikke er de iboende jordegenskaber, men planternes tilbagemeldinger til jorden, der skaber elendighed for skovplanter."

Fynbos biomet er tilbøjeligt til hyppige, varme brande, som forbrænder ophobede næringsstoffer i jorden, som forstærker den "ernæringsmæssige elendighed", som forfatterne beskriver det. Den underjordiske strategi for opsamling af næringsstoffer kombineret med en kollektiv brandtilpasning gør det muligt for fynbos plantesamfund at favorisere sin egen persistens ved at ændre sit miljø. På den anden side af biom-kløften gør skoven det samme.

Resultaterne tyder på, at alternative stabile tilstande kan opretholdes gennem biotiske mekanismer, såsom rodtræk, foruden de almindeligt forståede abiotiske faktorer som klima. Denne indsigt er afgørende for at bevare truede økosystemer rundt om i verden.

"Det er dybtgående at se mikroskala planteegenskaber, som rodtykkelse, forbundet med makroskala fremvoksende økosystemmønstre," siger Lu.

"Hvem ville have troet, at det var rødderne, der hjælper med at forklare denne bi-stabilitet?" spørger Hedin. "Det blæser mit sind."