ทำไมใบกล้วยถึงใหญ่กว่าใบเฮเทอร์ธรรมดาถึงล้านเท่า? เหตุใดใบไม้โดยทั่วไปในป่าเขตร้อนจึงมีขนาดใหญ่กว่าในป่าเขตอบอุ่นและทะเลทราย ตำราบอกว่ามันเป็นความสมดุลระหว่างความพร้อมของน้ำและความร้อนสูงเกินไป แต่งานวิจัยใหม่ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Scienceพบว่ามันไม่ง่ายอย่างนั้น ที่จริงแล้ว ปัจจัยจำกัดสำคัญสำหรับขนาดใบไม้ในหลายๆ ประเทศคืออุณหภูมิกลางคืนและความเสี่ยงที่น้ำแข็งจะทำลายใบไม้
ในฐานะนักนิเวศวิทยาพืช ฉันพยายามทำความเข้าใจความแปรผัน
ของลักษณะเฉพาะของพืช (คุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และสรีรวิทยาของเนื้อเยื่อของพวกมัน) และการแปรผันนี้ส่งผลต่อการทำงานของพืชในระบบนิเวศต่างๆ อย่างไร
สำหรับการศึกษานี้ ฉันทำงานร่วมกับเพื่อนร่วมงาน 16 คนจากออสเตรเลีย สหราชอาณาจักร แคนาดา อาร์เจนตินา สหรัฐอเมริกา เอสโตเนีย สเปน และจีน เพื่อวิเคราะห์ใบไม้จากกว่า 7,600 สายพันธุ์ จากนั้นเรารวมข้อมูลเข้ากับทฤษฎีใหม่เพื่อสร้างแบบจำลองที่สามารถทำนายขนาดใบที่มีชีวิตได้สูงสุดที่ใดก็ได้ในโลก โดยพิจารณาจากความเสี่ยงสองประการของความร้อนสูงเกินไปในเวลากลางวันและการแช่แข็งในเวลากลางคืน
การค้นพบนี้จะนำไปใช้ในการปรับปรุงแบบจำลองพืชพรรณทั่วโลก ซึ่งใช้ในการทำนายว่าพืชจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรภายใต้การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ และเพื่อให้เข้าใจสภาพอากาศในอดีตได้ดีขึ้นจากฟอสซิลใบไม้
พันธุ์พืชของโลกมีความแตกต่างกันอย่างมากตามขนาดใบโดยทั่วไป ตั้งแต่ 1 ตารางมิลลิเมตรในสายพันธุ์ทะเลทราย เช่น ยูทาเซียธรรมดา ( Eutaxia microphylla ) หรือในทุ่งหญ้าทั่วไป ( Calluna vulgaris ) ในยุโรป ไปจนถึง 1 ตารางเมตรในสายพันธุ์เขตร้อน เช่นMusa textilisต้นกล้วยฟิลิปปินส์
แต่อะไรคือความสำคัญทางสรีรวิทยาหรือนิเวศวิทยาของการแปรผันของขนาดใบทั้งหมดนี้? มันส่งผลกระทบอย่างไรต่อวิธีการที่พืช “ทำธุรกิจ” โดยใช้ใบไม้เป็นโรงงานที่อุดมด้วยโปรตีนซึ่งแลกเปลี่ยนน้ำ (การคายน้ำ) เป็นคาร์บอน (การสังเคราะห์ด้วยแสง) ซึ่งขับเคลื่อนโดยพลังงานจากดวงอาทิตย์
กว่าศตวรรษที่แล้ว นักนิเวศวิทยาพืชในยุคแรกๆ เช่น Eugenius Warming
โต้แย้งว่าปริมาณน้ำฝนที่มากในเขตร้อนทำให้พืชใบใหญ่เติบโตที่นั่น
ในทศวรรษที่ 1960 และ 1970 นักฟิสิกส์และนักสรีรวิทยาได้แก้ปัญหานี้ โดยแสดงให้เห็นว่าในช่วงกลางฤดูร้อนใบไม้ขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะร้อนจัด ทำให้ต้องใช้อัตรา “การระบายความร้อนด้วยการคายน้ำ” (กระบวนการที่คล้ายกับการขับเหงื่อ) ในอัตราที่สูงขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหาย สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมสายพันธุ์ทะเลทรายหลายชนิดถึงมีใบเล็ก และทำไมสายพันธุ์ที่เติบโตในใต้ร่มเงาที่เย็น (ใต้ร่มไม้) ถึงมีใบขนาดใหญ่ได้
แต่ก็ยังมีชิ้นส่วนที่ขาดหายไปในปริศนานี้ ตัวอย่างเช่น เขตร้อนมีทั้งแบบชื้นแฉะและร้อน และทฤษฎีเหล่านี้คาดการณ์ถึงข้อเสียของพันธุ์ไม้ใบใหญ่ในเขตร้อน และไม่ว่าในกรณีใด ความร้อนสูงเกินไปจะต้องไม่น่าเป็นไปได้อย่างแน่นอนสำหรับใบไม้ในพื้นที่ที่เย็นกว่าหลายแห่งของโลก
การวิจัยของเรามีวัตถุประสงค์เพื่อค้นหาชิ้นส่วนที่ขาดหายไปเหล่านี้ ด้วยการเก็บตัวอย่างจากทุกทวีป เขตภูมิอากาศ และประเภทพืช ทีมงานของเราพบ “กฎ” ง่ายๆ ที่ดูเหมือนจะนำไปใช้กับพืชทุกชนิดของโลก ซึ่งเป็นกฎที่ไม่ปรากฏจากการวิเคราะห์ก่อนหน้านี้ซึ่งมีข้อจำกัดมากกว่า
เราพบว่าปัจจัยสำคัญคืออุณหภูมิกลางวันและกลางคืน ปริมาณน้ำฝน และการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ (ส่วนใหญ่กำหนดโดยระยะทางจากเส้นศูนย์สูตรและปริมาณเมฆที่ปกคลุม) ปฏิสัมพันธ์ของปัจจัยเหล่านี้หมายความว่าในบริเวณที่ร้อนและมีแสงแดดจัดซึ่งแห้งมากเช่นกัน สปีชีส์ส่วนใหญ่มีใบเล็ก แต่ในพื้นที่ร้อนหรือแดดจัดซึ่งได้รับปริมาณน้ำฝนสูง สปีชีส์หลายชนิดมีใบขนาดใหญ่ ในที่สุด ในภูมิภาคที่หนาวจัด (เช่น บนที่สูง หรือละติจูดเหนือ) สปีชีส์ส่วนใหญ่มีใบขนาดเล็ก
การทำความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกที่อยู่เบื้องหลังขนาดใบไม้หมายความว่าฟอสซิลของใบไม้ เช่น ตัวอย่างเหล่านี้จาก Eocene สามารถบอกเราได้มากขึ้นเกี่ยวกับสภาพอากาศในอดีต ปีเตอร์ วิลฟ์/จัดหา
แต่ผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจที่สุดเกิดขึ้นจากการรวมทฤษฎีใหม่สำหรับขนาดใบไม้ อุณหภูมิของใบไม้ และการใช้น้ำเข้ากับการวิเคราะห์ข้อมูลทั่วโลก เพื่อตรวจสอบว่าอะไรกำหนดขนาดสูงสุดของใบไม้ที่เป็นไปได้ ณ จุดใดๆ บนโลก
สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าทั่วโลก ความร้อนสูงเกินไปในฤดูร้อนไม่ได้จำกัดขนาดใบไม้ แต่เป็นความเสี่ยงที่น้ำแข็งจะเสียหายในเวลากลางคืนในช่วงเดือนที่อากาศหนาวเย็น เพื่อให้เข้าใจว่าทำไม เราจำเป็นต้องดูเลเยอร์ขอบเขตของใบไม้
วัตถุทุกชิ้นมีชั้นอากาศนิ่งเป็นขอบเขต (รวมถึงผู้คนด้วย) นี่คือสาเหตุที่เมื่อคุณหนาว ขนที่แขนของคุณจึงชูขึ้น ร่างกายของคุณพยายามเพิ่มขอบเขตฉนวนของอากาศนิ่ง
ใบไม้ที่ใหญ่ขึ้นจะมีชั้นขอบที่หนากว่า ซึ่งหมายความว่าทั้งใบจะสูญเสียความร้อนภายใต้สภาวะที่ร้อนได้ยากขึ้น และยากต่อการดูดซับความร้อนจากสิ่งแวดล้อม สิ่งนี้ทำให้พวกเขาเสี่ยงต่อคืนที่หนาวเย็น ซึ่งความร้อนจะสูญเสียไปในรูปของรังสีคลื่นยาวสู่ท้องฟ้ายามค่ำคืน
ดังนั้น การวิจัยของเราจึงยืนยันว่าในพื้นที่ที่ร้อนจัดและแห้งมาก ความเสี่ยงของความร้อนสูงเกินไปในตอนกลางวันดูเหมือนจะเป็นปัจจัยหลักในการควบคุมขนาดใบไม้ มันแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกถึงความสำคัญในวงกว้างของการหนาวเหน็บในตอนกลางคืน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ก่อนหน้านี้คิดว่าสำคัญเฉพาะในเขตเทือกเขาแอลป์
ถึงกระนั้น ในเขตร้อนชื้นที่อบอุ่น ดูเหมือนว่าไม่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับอุณหภูมิต่อขนาดของใบไม้ หากมีน้ำเพียงพอสำหรับการระบายความร้อนด้วยการคายน้ำ ในกรณีเหล่านั้น จำเป็นต้องพิจารณาคำอธิบายอื่นๆ เช่น ต้นทุนโครงสร้างและประโยชน์ของการแสดงพื้นที่ใบไม้ที่กำหนดเป็นใบไม้ขนาดใหญ่สองสามใบเทียบกับใบไม้ขนาดเล็กอีกหลายๆ ใบ
การค้นพบนี้มีความหมายในหลายสาขา อุณหภูมิของใบและการใช้น้ำมีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งเป็นหน้าที่พื้นฐานทางสรีรวิทยาของพืช ความรู้นี้มีศักยภาพในการเสริมแบบจำลองพืช “รุ่นต่อไป”ที่ใช้ในการทำนายการเปลี่ยนแปลงระดับภูมิภาคและระดับโลกในการใช้ธาตุอาหารพืช น้ำ และคาร์บอนภายใต้สถานการณ์การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
แบบจำลองเหล่านี้จะช่วยสร้างภูมิอากาศในอดีตขึ้นใหม่จากฟอสซิลใบไม้และปรับปรุงความสามารถของผู้จัดการที่ดินและผู้กำหนดนโยบายในการทำนายผลกระทบของสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงต่อขอบเขตของพืชพื้นเมือง วัชพืช และพืชผล
แต่งานของเรายังไม่เสร็จ แบบจำลองพืชพรรณยังคงต่อสู้เพื่อรับมือและอธิบายความหลากหลายทางชีวภาพ ปัจจัยสำคัญที่ขาดหายไปอาจเป็นความอุดมสมบูรณ์ของดินซึ่งแตกต่างกันไปทั้งในพื้นที่และเวลา ต่อไป ทีมงานของเราจะทำงานเพื่อรวมปฏิสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติของดินและสภาพอากาศในแบบจำลองของพวกเขา
Credit : สล็อตเว็บตรง
