Bitkiler Ne Kadar Bencildir? Hadi Biraz Kök Analizi Yapalım

Bir biber bitkisi olduğunuzu hayal edin. Su ve besin maddelerine ihtiyacınız var. Neyse ki, o şeyi topraktan alıp size geri gönderen kökler yetiştirebilirsiniz. Çok uzak çok iyi.

Tek bir sorun var. Aynı zamanda bir biber bitkisi olan komşunuzun da aynı şeylere ihtiyacı var. Sadece etrafta dolaşacak çok şey var. Hareketin ne?

Araştırmacılar yıllardır karmaşık kök rekabeti sorununu araştırdılar, toprak kalabalıklaştığında bitkilerin stratejik olarak köklerini nasıl düzenledikleri konusunda çeşitli ve bazen çelişkili bulgular ortaya çıkardı. Bu ayın başlarında Science dergisinde yayınlanan bir makale, köklerin mekansal dağılımını ve yaygınlıklarını hesaba katarak bu karışıklığı uzlaştıran yeni bir modeli detaylandırıyor. Makalenin yazarları tarafından gerçekleştirilen ilk testlerde, modelin ortaya koyduğu kurallara göre gerçek bitkiler oynanır.

Bir kökü büyütmek ve sürdürmek için enerji ve malzeme gerekir. İdeal olarak, bir bitki, yapımı ve bakımı için harcadığından daha fazla kaynağı köklerinden alır. Bitkiler, verimlerini en üst düzeye çıkarmak için, özellikle toprak parçalannda su ve besin konsantrasyonunu algılayabilir ve buna göre kökleri paylaştırabilir.

Yalnız bir bitki için bu yeterince basit. Ancak diğer bitkiler etrafta olduğunda hesap değişir. Araştırmacılar, finansal analistlerden gerçek oyunculara kadar herkes tarafından kullanılan, karar verme sürecini analiz etmenin ve optimize etmenin bir yolu olan oyun teorisinden araçlar ödünç aldılar. – tam olarak nasıl olduğunu anlamaya çalışmak için.

2001’de yayınlanan bir model, birbirine yakın büyüyen bitkilerin bir “ortak alan trajedisi” ile sonuçlanacağını, her bir bireyin ortak bir alanda yalnız bir bitkinin yapacağından daha fazla kök oluşturduğu, ancak aynı zamanda daha az ödül aldığını tahmin ediyordu. Bazı gerçek dünya deneyleri bu modelle eşleşti ve komşuları olan bitkilerin kendi başlarına büyüyenlerden daha fazla kök kütlesi oluşturduğunu buldu.

Ancak diğer çalışmalar bunun tersini buldu: rakip bitkiler köklere daha az yatırım yaptı. Ve diğerleri hala kayda değer bir fark bulamadı.

Princeton Üniversitesi’nde ekoloji ve evrimsel biyoloji alanında doktora öğrencisi ve yeni çalışmanın baş yazarı olan Ciro Cabal, “Bütün bu tartışmalar vardı” dedi.

Bay Cabal, bu modelin ve onun gibi diğerlerinin bir parçasının eksik olup olmadığını merak etti. Bitkinin gövdesinden uzaklığı ne olursa olsun tüm köklere aynı şekilde muamele ettiler. Fakat gerçekte, bir kök bitkiden ne kadar uzaklaşırsa, üretmek ve sürdürmek o kadar maliyetli olur.

Böylece o ve ortak yazarları bunu hesaba katmak için yeni bir model geliştirdiler. “Biz uzayı birleştirdik,” dedi. Ve biz bu yeni teoriyi bulduk. ”

Modellerinde, bir bitkinin karşılaştığı rekabet, aksi takdirde bir komşununki ile örtüşebilecek olan daha pahalı, geniş kapsamlı kökleri yetersiz üretecektir. Ancak eve daha yakın yerlerde aşırı kökler üreterek, gücü etkin bir şekilde pekiştirecek ve “Milkshake içiyorum” tarzı oyunları engelleyecektir.

Cabal, komşulara sahip bitkilerin kökleri tek başına bitkilerle karşılaştırıldığında fazla mı yoksa yetersiz mi ürettiğini, rakip iki bitkinin ne kadar uzakta olduğuna bağlı olduğunu söyledi. Dolayısıyla, birbiriyle çelişen önceki çalışmalardan elde edilen bulgular, “bizim modelimize göre mümkün. ”

Daha sonra, araştırmacılar bu varsayımsal matematiği dünyaya getirdi. Tatlı biberleri kaplara -bazıları tek başlarına, bazıları ise yaklaşık dört inç aralıklarla – ektiler ve rakip biberlerin köklerini farklılaştırmak için boyalarla boyadılar. Birkaç ay sonra, her bir bitkinin köklerinin nerede ve ne kadar yoğun büyüdüğünü belirlediler ve modele uyduğunu gördüler. Eşleştirilmiş biberler, kendilerine kapları olan biberlere kıyasla, eve yakın duran daha fazla kök büyüttü ve daha az uzaklaştı.

Kaliforniya Eyalet Üniversitesi Fullerton’da bitki biyolojisi profesörü olan Jochen Schenk, yeni modelin “komşuların varlığında kök sistemlerinin nasıl davranacağına dair mükemmel bir temel tahmin sağladığını” ve daha önce çelişkili görünen hipotezleri ve bulguları bir araya getirdiğini söyledi. çalışmaya dahil.

Ancak bulguları hakkında aşırı genellemeye karşı uyarıda bulunuyor.

“Bir bitki türü ile tek bir testin bize bitkilerin genel olarak ne yapacağını söyleyebileceği iddiasını kabul etmiyorum” dedi.

Farklı türler birbirine farklı şekillerde tepki verebilir. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, mantarlar ve mikroplar gibi diğer yaşam formlarının da bazı bitkilerin yeraltında nasıl etkileşime girdiğini öne sürüyor.

Bay Cabal bile modelinin ve deneyinin bu kadar düzgün bir şekilde örtüşeceğini beklemiyordu. Gerçek dünyadaki vakaların modelin ayrıntılarına meydan okumasını beklerken, “Sunduğumuz ilkenin doğru olduğuna gerçekten inanıyorum” dedi. Daha sonra, deneyini birkaç Akdeniz çalı türü üzerinde vahşi doğada denemeyi planlıyor.

Cabal, bu stratejinin bitkiler tarafından yaygın olarak kullanıldığı ortaya çıkarsa, insanlar onu bitki biyokütlesinin daha doğru tahminlerini iklim modellerine dahil etmek için kullanabileceklerini söyledi. Ve eğer mümkünse, rekabet gücünün bir kısmını bitkilerden yetiştirmek, tarımdaki verimi de artırabilir. Çiftçiler genellikle enerjilerini meyveler yerine köklere koyan kendi çıkarlarını gözeten mahsuller tarafından engellenir.

Cabal ve ortak yazarları, besin paylaşımı sorununa “işbirliğine dayalı çözüm” dediği şeyi de modelledi. Bu senaryoda, “her bitki bencil davranmıyor – kendi ödülünü maksimize etmiyor” dedi. Bunun yerine bitkiler, toplamda en az yatırımla en fazla besin alımını üretmek için toplu olarak köklerini konumlandırır.

Ne yazık ki, deneysel olarak, “Bu bitkilerde bulamadık” dedi.

Şimdilik, her biber kendisi için.