As características específicas das raízes de uma planta determinam as condições climáticas sob as quais uma determinada planta prevalece. Um novo estudo conduzido pela Universidade de Wyoming lança luz sobre essa relação - e desafia a natureza das compensações ecológicas.

Daniel Laughlin, professor associado do Departamento de Botânica da UW e diretor do Projeto de Vegetação Global, liderou o estudo, que incluiu pesquisadores do Centro Alemão para Pesquisa Integrativa da Biodiversidade em Leipzig, Alemanha; Universidade de Leipzig; e Wageningen University & Research em Wageningen, Holanda.

"Descobrimos que as características das raízes podem explicar a distribuição das espécies em todo o planeta, o que nunca foi tentado antes em tal escala", disse Laughlin. "Descobrimos que espécies com raízes grossas e densas eram mais prováveis ​​de ocorrer em climas quentes, mas espécies com raízes finas e de baixa densidade eram mais prováveis ​​de ocorrer em climas frios . Isso afeta sua capacidade de adquirir recursos como nutrientes e se envolver em relações simbióticas com fungos micorrízicos. "

Laughlin é o autor principal de um artigo intitulado "Traços de raiz explicam distribuições de espécies de plantas ao longo de gradientes climáticos, mas desafiam a natureza dos trade-offs ecológicos", que foi publicado hoje (10 de junho) na Nature Ecology & Evolution . O jornal apenas online publica, em uma base mensal, as melhores pesquisas de ecologia e biologia evolutiva.

O documento inclui colaboradores de mais de 50 instituições acadêmicas, agências ambientais, institutos e laboratórios.

As raízes das plantas geralmente permanecem escondidas abaixo do solo, mas seu papel na distribuição das plantas não deve ser subestimado. As raízes são essenciais para a absorção de água e nutrientes, mas pouco se sabe sobre a influência das características das raízes na distribuição das espécies.

Para investigar essa relação, uma equipe internacional de pesquisadores analisou o banco de dados de características de raízes, GRooT, e o banco de dados de vegetação, conhecido como sPlot. Cada um é o maior banco de dados de seu tipo. O trabalho foi facilitado pelo centro de síntese do German Center for Integrative Biodiversity Research, sDiv, que apoia a colaboração de cientistas de diferentes países e disciplinas.

Os pesquisadores analisaram várias características das raízes das plantas. Estes incluíram o comprimento específico da raiz e o diâmetro da raiz, bem como a densidade do tecido da raiz e o conteúdo de nitrogênio da raiz. Essas características das raízes foram comparadas às condições ambientais sob as quais essas plantas ocorrem. Os pesquisadores descobriram que, em florestas, espécies com raízes finas relativamente grossas e alta densidade de tecido radicular eram mais prováveis ​​de ocorrer em climas quentes, enquanto espécies com raízes mais delicadas e longas e finas e baixa densidade de tecido radicular eram encontradas mais frequentemente em climas frios - um trade-off clássico.

Em contraste, as espécies florestais com raízes de grande diâmetro e alta densidade de tecido radicular foram mais comumente associadas a climas secos, mas as espécies com valores de característica opostos não foram associadas a climas úmidos. Em vez disso, uma diversidade de características de raízes ocorreram em climas quentes ou úmidos.

Laughlin diz que as descobertas são importantes porque as raízes são literalmente fundamentais para a sobrevivência das plantas, mas os cientistas as negligenciaram por muito tempo.

"Entender como as características das raízes estão relacionadas aos gradientes climáticos , como água e temperatura, determinará como as espécies respondem e mudam suas distribuições em resposta às mudanças climáticas", diz ele.

A teoria ecológica é construída sobre trade-offs, onde as diferenças de características entre as espécies evoluíram como adaptações a diferentes ambientes. Essa visão prevalecente dos trade-offs na teoria ecológica pode ter dificultado a descoberta de benefícios unidirecionais que poderiam ser generalizados na natureza. No nível das espécies, particularmente, discernir a diferença entre os trade-offs e os benefícios unidirecionais aumentaria a compreensão de como as características individuais afetam a montagem da comunidade, de acordo com o estudo.

Mas as plantas não podem cobrir todas as bases. Para as plantas , isso significa que baixos valores de característica - como baixo comprimento específico da raiz neste estudo - estão associados a vantagens em certas condições climáticas. Por outro lado, altos valores de característica - como alto comprimento específico de raiz - conferem benefícios em condições opostas.

No entanto, certos traços de raiz não seguiram esta teoria ecológica geral. Em vez disso, certas características básicas foram associadas a benefícios unidirecionais. Traduzido, isso significa que há um benefício para altos valores de característica em certas condições ambientais, mas nenhum benefício de valores baixos de característica em outras condições.

"Ficamos surpresos com o quão comuns esses benefícios unidirecionais eram nas raízes, em comparação com as compensações clássicas", disse Laughlin.

Um dilema clássico seria quando uma espécie, como o choupo, está altamente adaptada ao solo ribeirinho úmido, mas simplesmente morre na pradaria seca porque não está adaptada a condições secas. Em contraste, algumas das gramíneas secas da pradaria prosperam no solo seco, mas podem morrer no solo ribeirinho úmido ou então serem cobertas por espécies mais produtivas ao longo do rio, disse Laughlin. Essa ideia clássica permeou o pensamento ecológico.

“Nós encontramos algo mais nuançado, onde um pequeno conjunto de características aumentava a ocorrência de espécies em climas severos que são secos e frios, mas um grande conjunto de características e espécies poderiam tolerar climas benignos que são quentes e úmidos”, explica ele. "Em outras palavras, os traços podem ser benéficos em uma extremidade do gradiente climático e neutros na outra extremidade."

"Isso desafia nossa compreensão de como os traços impulsionam as distribuições de espécies , que nos intrigam como comunidade científica", acrescenta Alexandra Weigelt, ecologista de plantas da Universidade de Leipzig e membro do Centro Alemão para Pesquisa Integrativa de Biodiversidade, e última autora sênior do papel.

Isso sugere que os benefícios unidirecionais podem ser mais difundidos do que se pensava anteriormente, conclui o estudo. Os benefícios unidirecionais foram consistentemente associados aos climas frios e secos mais extremos, que são mais limitados em recursos do que os climas quentes e úmidos. Em contraste, climas quentes e úmidos foram associados a uma maior diversidade de características de raízes, de acordo com o estudo.

Laughlin admite que ainda faltam evidências empíricas em larga escala para desafiar totalmente a teoria ecológica do trade-off, pelo menos no momento. Mas este estudo expande as dicas anteriores sobre a influência dos benefícios unidirecionais.

"Acreditamos que nosso trabalho ajuda a entender as combinações de características possíveis em certas zonas climáticas. Esse é um conhecimento importante para a restauração de ecossistemas em um mundo em mudança", disse Liesje Mommer, ecologista de plantas da Wageningen University & Research.