Два цветковых растения Антарктиды по-разному реагируют на потепление

Каждое лето на протяжении более десяти лет Патрисия Саэс и её коллеги отправляются на остров Кинг-Джордж у северной оконечности Антарктического полуострова, чтобы проверить состояние единственных двух цветковых видов, произрастающих в Антарктиде.

Антарктический луговик (Deschampsia antarctica) и антарктический колобантус (Colobanthus quitensis) оба быстро распространялись по мере потепления Антарктического полуострова. Фактически в период с 1960 по 2009 год ареал каждого вида примерно утроился.

Однако исследование, опубликованное в журнале Physiologia Plantarum, показало, что эти два растения справляются с меняющимся климатом противоположными способами. После 7 лет в экспериментальных камерах с подогревом луговик пропускал через листья меньше воды и фотосинтезировал меньше по сравнению с травой, растущей вне камер. У колобантуса всё было наоборот.

«Оба находятся в одинаковых экспериментальных условиях потепления, но их реакции очень различаются», — сказала Патрисия Саэс, специалист по растениям из Университета Консепсьон в Чили и ответственный автор исследования. Она добавила, что эти растения находятся в «горячей точке изменения климата» и служат «индикаторами потепления в Антарктиде».

В декабре 2012 года команда установила шестиугольные открытые сверху камеры возле польской антарктической станции имени Хенрика Арцтовского. Такие камеры — распространённый способ нагрева растений в полевых условиях. Их частично закрытые стенки удерживают тепло, а открытый верх пропускает дождь и снег.

За шесть вегетационных сезонов камеры повышали среднюю суточную температуру воздуха примерно на 1,5–3°C. Но в летний сезон 2018–2019 годов камеры вели себя иначе: суточные максимумы внутри были лишь примерно на 1°C выше, чем на соседних открытых участках, а суточные минимумы — примерно на 2°C ниже. Растения в камерах провели 309 часов при температуре ниже нуля в тот сезон, тогда как снаружи — 32 часа.

Том Бакли, экофизиолог растений из Калифорнийского университета в Дейвисе, не участвовавший в исследовании, предложил рассматривать результаты как реакцию на более сильные колебания между суточными максимумами и минимумами, а не на простое потепление.

Питер Конвей, полярный наземный эколог из Британской антарктической службы, также не участвовавший в исследовании, согласился, что это различие важно. «Потепление — это не просто повышение средней температуры», — сказал он. В Антарктиде важно, колеблются ли температуры вокруг 0°C.

Авторы отметили, что потепление в регионе, как ожидается, не просто повысит средние температуры; оно также, по прогнозам, принесёт более частые циклы замерзания-оттаивания по мере колебаний температуры вокруг 0°C. Это означает, что камеры могут отражать реалистичную часть будущего Антарктиды.

Две стратегии «водопровода»

Поскольку сильные ветры затрудняют надёжную работу чувствительных приборов на полевом участке, исследователи выкопали целые растения как внутри, так и снаружи камер и перенесли их в лабораторию на станции Арцтовского примерно в 1 км. Близость позволила им завершить измерения в течение 24 часов. Они измерили гидравлическую проводимость листьев — то, насколько легко вода проходит через листья растений, — а также фотосинтез и анатомию листьев вплоть до размера отдельных водоносных сосудов.

После 7 лет в экспериментальных камерах с подогревом антарктический луговик пропускал через листья меньше воды и фотосинтезировал меньше по сравнению с травой, растущей вне камер. Фото: John Barkla/iNaturalist, CC BY 4.0

Гидравлическая проводимость — это понятие, описывающее «водопроводную систему», которая снабжает «двигатель роста растений», сказал Лоурен Сак, физиолог и эколог растений из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, специализирующийся на гидравлике листьев и не участвовавший в исследовании.

Внутри камер листья луговика пропускали примерно на две трети меньше воды, чем листья снаружи. Листья луговика в камерах также формировали более узкие сосуды и более толстые листья, а их фотосинтез упал примерно на треть. У колобантуса всё было наоборот. Поток воды через его листья и фотосинтез выросли примерно на 44%, и у него развились более широкие сосуды и более эластичные клетки.

Форма растений может помочь объяснить это расхождение. Колобантус растёт компактной подушкой, «немного больше похожей на мох», сказал Конвей, что смягчает «то, насколько быстро любые изменения могут происходить изо дня в день». У рыхло структурированного луговика такой защиты нет, что делает его более уязвимым к замерзанию.

Авторы не считают, что листья луговика были просто закупорены пузырьками воздуха из-за замерзания, поскольку его узкие сосуды устойчивы к такому повреждению. Они предполагают, что повторяющиеся циклы замерзания-оттаивания могли вызвать изменения вне сосудов и, возможно, раннее старение листьев. Однако команда не измеряла эти процессы напрямую.

Бакли похвалил команду за отслеживание анатомии наряду с физиологией. Такие измерения «некоторыми биологами в современном мире могут рассматриваться как своего рода классические или старомодные», сказал он. «Но на самом деле они не менее важны».

Сак назвал уровень детализации исследования этих удалённых растений «исключительным», отметив, что контрастные реакции растений могут привести к «сдвигам в доминировании одного вида относительно другого».

Однако внешние исследователи также указали на ограничения. Сак отметил, что команда не проверила, как транспорт воды в растениях выдерживает высыхание листьев, и что это важная область для будущих исследований. Однако Сак добавил, что такой пробел «ожидаем в [первом исследовании гидравлики листьев в] таком удалённом месте». Конвей предположил, что порог 0°C для подсчёта событий замерзания может быть слишком высоким, поскольку многие почвенные микробы и мелкие беспозвоночные остаются активными примерно до −2°C. Более низкий порог мог бы изменить то, как часто растения считаются пересекающими линию замерзания.

«Каждый раз, когда мы находим ответ, появляется новый вопрос».

Саэс и её коллеги сейчас изучают растения, которые провели в камерах 16 лет. Команда также исследует микроорганизмы, живущие вокруг растений, на которые потепление также может влиять. «Каждый раз, когда мы находим ответ, появляется новый вопрос», — сказала Саэс.

Конвей сказал, что исследование показало то, что часто теряется в разговорах об изменении климата. «Даже [между] двумя растениями есть множество очень специфических различий в реакциях на совершенно одинаковый стресс», — сказал он.

— Ларисса Г. Капелла (@CapellaLarissa), научный писатель

Источники: Capella, L. G. (2026), Eos, 107, https://doi.org/10.1029/2026EO260339; Physiologia Plantarum; Universidad de Concepción; British Antarctic Survey; University of California, Davis; University of California, Los Angeles.