У корней растений время жизни и способность поглощать питательные вещества зависят от того, в каких отношениях они находятся с грибами, сообщается в Science Advances. Растение как бы выбирает, самому добывать нужные минералы с помощью корней или отдать эту задачу мицелию гриба. Этим корни отличаются от листьев, которые растут по двум сценариям: либо много мелких короткоживущих листьев, либо большие долговечные листья, которые долго растут. Выбор одной из двух стратегий в случае листьев не связан с грибами.

Растения, как правило, сами создают органические вещества из неорганических. Для этого им нужны углекислый газ и вода, а для поддержания тургора («напора воды») клеток и некоторых других процессов — еще и минеральные соли. Углекислый газ растения поглощают из воздуха листьями, а конкретно через устьица на их поверхности. Это называется воздушным питанием. Воду и растворенные в ней соли эти организмы всасывают корнями (это называется минеральным питанием), притом не по всей их длине, а только несколькими сантиметрами или миллиметрами ближе к самому кончику, где покровные ткани корня еще не успели огрубеть.

В зависимости от доступности ресурсов растения образуют разное количество листьев. Есть две альтернативные стратегии: быстро сформировать много мелких и, вероятно, короткоживущих листьев, чтобы за короткий срок поглотить доступный углекислый газ и при этом не дать воде испариться с их поверхности, или медленно отращивать крупные долгоживущие листья, которые помогут впитать много диоксида углерода, но за продолжительное время. Эти закономерности известны уже несколько десятилетий. Однако для корней они, по всей видимости, не работают: пока данные о связи их размера и количества не показывали однозначной связи с доступностью растворов минеральных солей для всех видов.

Специалисты по биологии растений из нескольких европейских стран и США во главе с Йоаной Бергман (Joana Bergmann) из Свободного университета Берлина воспользовались данными из базы GRooT (Global Root Traits), чтобы выявить факторы, влияющие на количество, длину, объем и время жизни корней растений. При этом анализировали только свойства тех участков корней, которые имеют неодревесневшие покровы и поэтому способны всасывать воду. В анализ включили данные по 1810 видам голосеменных и покрытосеменных. Исследователи учитывали систематическое положение растения, преобладающую у вида жизненную форму (дерево, кустарник и так далее), процент корней, образующих микоризу (связанных с грибами) или клубеньки для симбиоза с бактериями-азотофиксаторами, тип микоризы, а также природные зоны, которые населяет данный вид.

Оказалось, что масса и объем корней (а именно они в первую очередь определяют, сколько воды с растворенными в ней минеральными веществами сможет поглотить организм) мало зависят от жизненной формы, систематического положения и характера местообитаний растения. В ряде случаев нашли корреляцию, подобную той, что наблюдается для листьев: много короткоживущих корней, если минеральное питание можно осуществлять только ограниченное время (например, если в данной местности короткий сезон дождей, а в остальное время сухо).

Закономерности роста корней у растений
Закономерности роста корней у растений

Наиболее четкой оказалась связь характеристик корней, способных всасывать растворы минеральных солей, с частотой образования микоризы растением. У тех видов, которые не формируют союзов с грибами, корни разрастаются сильнее всего. Авторы связывают это с тем, что в таких случаях растениям нужно добывать всю воду и минеральные вещества самим. Когда микориза хорошо развита, число, масса и объем корней снижены: растение отдает минеральное питание «внешнему подрядчику» — мицелию грибов.

Из тех, кто вступает в симбиоз с грибами, наибольшего развития достигали корни у видов, которые обычно образуют эктомикоризу, то есть они делегировали грибам меньшую долю процессов минерального питания. Это может быть связано с тем, что растения с эктомикоризой, как правило, живут в сообществах с медленным круговоротом веществ, строением этой микоризы (нити грибницы в данном случае обхватывают корень снаружи) и тем, что такие виды обычно эволюционно молоды. Растения с арбускулярной микоризой в большей степени отдавали минеральное питание «на аутсорс» мицелию, поэтому число, масса и объем способных к поглощению жидкости корней у них, как правило, было ниже.

Таким образом, логика, «экономика» формирования подземных органов питания растений отличается от таковой для надземных органов и оказывается сложнее. В случае корней на первое место выходят отношения с грибами, а не доступность воды и минеральных веществ. Однако она тоже играет некоторую роль. Для листьев симбиоз с грибами не важен — но стоит отметить, что он формируется очень редко.