通過交流,共享資源和改變環境來使植物在復雜的世界中蓬勃發展

通過交流,共享資源和改變環境來使植物在復雜的世界中蓬勃發展 長葉松樹通過菌根相互支撐,這是某些真菌與樹木根部之間的互利關係。 賈斯汀·邁森(Justin Meissen)/弗里克(Flickr), CC BY-SA

作為一個物種,人類渴望合作。 因此,在COVID-19大流行期間,鎖定鎖和進行遠程工作對我們許多人來說都很困難。

對於其他生物而言,社會疏離更為自然。 我是一個 植物科學家 從植物生命週期的一開始-種子的萌發-一直到葉子掉落或死亡,一直花了很多年研究光線索如何影響植物。 在我的新書中,“植物的教訓”,我探索了從植物行為的環境調節中可以學到的知識。

一個關鍵的結論是,植物具有發展相互依存的能力,但是在相互連接時避免相互依存可能會造成損害。 通常,植物一直在與生態系統中的其他生物進行交流和互動。 但是,當這些持續的聯繫威脅到弊大於利時,植物就會表現出一種社會疏遠的形式。

連接和相互依存的力量

當條件好的時候,大多數工廠都是網絡人。 這 絕大多數植物 真菌生活在其根部或根部。 真菌和根共同形成了一種結構,稱為 菌根,類似於網狀網。

菌根增加了寄主植物通過根吸收水和養分(例如氮和磷酸鹽)的能力。 作為回報,植物與真菌夥伴共享通過光合作用產生的糖。 因此,真菌和寄主植物之間有很強的相互聯繫,並相互依靠才能生存和繁衍。

菌根連接可以鏈接功能正常的網絡中的多個植物。 當植物產生的糖超過其所需時,他們可以通過這種方式分享它們 互連的根真菌網絡。 這樣,他們可以確保社區中的所有植物都能夠獲得支持其成長所需的能源。

換句話說,這些連接超出了單個寄主植物及其真菌夥伴的範圍。 他們創建了社區範圍的關係以及相互依存的植物和真菌網絡。 外部環境因素(例如可用於光合作用的光量以及植物周圍土壤的組成)會微調這些網絡中的連接。

菌根也可以作為溝通渠道。 科學家已經證明植物 通過防禦性化學品,例如通過真菌網絡對其他植物具有抗蟲性的物質。 這些聯繫還使遭受蚜蟲或其他此類害蟲侵襲的植物可以向附近的植物發出信號 搶先激活自己的防禦反應.

菌根是植物根和真菌的生活社區,它們從彼此的關係中互惠互利。

與您保持距離更安全

共享有助於其他植物避開危險的資源或信息是植物生態系統中相互聯繫和相互依存的力量的一個有價值的例子。 但是,有時要生存,就需要斷開植物的連接。

當諸如光照或養分之類的環境提示變得非常稀缺,以至於宿主植物只能通過光合作用產生足夠的糖分以支持其自身的生長時,在更大的社區網絡中保持主動互聯可能是危險的。 在這種情況下,宿主植物因分享有限的糖供應而遭受的損失要比從水和養分中獲得的收益要多。

在這樣的時候,植物可以 限制菌根的連接和發育 通過限制與真菌伴侶交換的材料數量,並避免建立新的聯繫。 這是一種物理疏遠形式,可以保護植物在能源有限的情況下自給自足的能力,從而使它們可以長期生存。

當條件改善時,植物可以恢復與其真菌伴侶的共享,並建立更多的聯繫和相互依存關係。 再一次,他們可以從與其擴展的植物和真菌社區共享有關生態系統的資源和信息中受益。

認識親戚和協作

社交距離並不是植物在世界範圍內使用的唯一技巧。 他們還認識到相關的植物,並據此調整其分享或競爭的能力。 當通過真菌網絡相互連接的植物是近親遺傳時,它們 與該網絡中的真菌分享更多的糖分 比其他植物之間的親緣關係更遠時更是如此。

優先考慮親屬可能會讓我們感到非常熟悉。 像其他生物一樣,人類經常積極幫助我們的家人生存。 人們有時會說這是為了確保“姓氏”得以延續。 對於植物, relative養親戚 是確保它們繼續遺傳的一種方法。

植物還可以改變環境的各個方面,以更好地支持其生長。 有時,土壤中存在的必需營養素以植物無法吸收的形式“鎖定”:例如,鐵可能以與鐵鏽非常相似的形式與其他化學物質結合在一起。 當這種情況發生時,植物可以從其根部分泌出一些化合物,這些化合物實際上將這些養分溶解成某種形式, 可以隨時使用.

植物可以以這種方式單獨或集體改變其環境。 在稱為“ 蜂擁而至 類似於蜂群或鳥群。 如此大量的根使植物能夠在特定的土壤區域釋放大量化學物質,從而釋放出更多的養分供植物使用。

樹木利用真菌網絡相互發送信息-一些物種劫持了該系統以破壞其競爭對手。

在一起更好

菌根共生,親屬識別和協同環境轉化等行為表明,總體而言,植物在一起更好。 通過與外部環境保持一致,工廠可以確定何時一起工作,並且促進相互依賴性比單獨行動更好。

當我思考植物和真菌之間的這些可調性聯繫和相互依存關係時,我會不斷得到啟發,尤其是在這一大流行年份。 當我們在一個瞬息萬變的世界中前進時,植物為人類提供了關於獨立,相互依賴和相互支持的各種課程。

關於作者

貝倫達·蒙哥馬利(Beronda L.Montgomery),生物化學與分子生物學及微生物學和分子遺傳學教授; 研究與創新臨時助理副總裁, 密歇根州立大學

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