Only Perception: 植物壽命與尺寸相關暖化是平衡後的結果？

2007-10-23

植物壽命與尺寸相關暖化是平衡後的結果？

Plants live, die according to their size
http://www.physorg.com/news112267446.html

October 22, 2007
By Lisa Zyga

最近一項研究發現，植物會自我管理其族群以維持穩定性並最佳化其生活，而其壽命長度與其質量有直接關係。而且，從單細胞的光合性生物（phototrophs）到巨大的雨林，所有植物的壽命都呈現出單一比例冪次（single scaling power）。

科學家很早就知道動物的壽命與該物種的身體大小有相近比例，大象活得比老鼠久。當植物學家預測植物也有這樣的關係時，較全面的一套研究都未曾進行過，直到現在。

Mediterranan Institute for Advanced Studies（CSIC 與西班牙 Esporles 市，Balearic Islands 大學的聯合研究所）的研究者 Nuria Marba、Carlos Duarte 與 Susana Agusti，最近檢視超過 1000 篇遍及各類植物物種出生率與死亡率（mortality rates）的報告，發現前述的關連相當精確。

研究者發現所有植物物種的族群死亡率與族群出生率，都與植物質量的 -0.25 次方成比例關係。換句話說，愈小的植物其出生率與死亡率愈高，這表示其壽命愈短（譯註：成倒數關係）。因此，植物的壽命幾乎與植物質量的 0.25 次方成比例關係。

"生物系統的功能有很大一部份依賴其新陳代謝，換言之，它們如何處理能量與物質，例如光、水與養分，" Marba 解釋。"小型植物每單位時間所需資源比大型來的少，也因此更替（turn over）族群中的個體比大型植物來的快。當植物尺寸增加，需要更多資源與時間讓個體全面成長，因此它們的壽命也增加，這導致小型植物的壽命比大型來的短。"

對這些關係一個有趣的觀點是，同一物種內的出生與死亡率近乎相同，讓族群能相當穩定。大自然對於這樣完美的平衡也有額外的理由，這包括碳循環的穩定、植物生活史的最佳化以及植物棲息之生態系統的穩定。科學家指出，為了達到這樣的平衡，植物的死亡率已演化成與出生率相符。

該小組亦研究溫度是否有進入方程式中。根據生態學的新陳代謝理論，新陳代謝速率（這決定壽命）應與溫度相關。然而，研究者發現，植物並不像動物，其出生率與死亡率獨立於溫度之外，或至少在其資料的變動範圍內。這項發現與先前證據呈現出明顯對比，那些證據指出在檢測單一物種對於溫度的響應時，浮游植物、巨藻（macroalgae）與陸生植物的死亡率會隨著溫度增加。研究者解釋，若能解決這個問題，對於預測全球暖化有根本上的衝擊。

"植物的新陳代謝隨著溫度增加而增加，因此，植物的壽命、出生率、死亡率預期也會跟著溫度增加，" Marba 解釋。"因此，全球暖化很可能是「植物族群穩定後的結果（consequences for stability of plant populations）」如果溫度增加，死亡率與出生率也會增加，植物族群將更替（turnover）的更加快速，不過依然保持穩定。此外，植物的總量將會下降。無論如何，較快的植物更替與新陳代謝速率較高的分解性微生物、以及暖化耦合在一起，可能會導致植被 CO2 的積儲容積（sink capacity）減少"（譯註：天氣愈暖、微生物愈活躍、植物更替愈快 (如提早開花等異象)，CO2 的吸收能力愈差。）

儘管死亡率與出生率之間的平衡相當脆弱，但生物學家仍不清楚實際上掌控植物生與死的機制。確定的是，控制，包括各種（assortment）新陳代謝過程，會在所有層次上產生交互作用，從分子到生物，並包括呼吸、生殖、細胞損壞以及結構上的不安定。因為植物並不像動物，能經由其生活保持其生殖能力，演化可能會對植物的壽命施加更大的天擇壓力。研究者計畫繼續調查，這些過程如何結合以影響植物的生活史。

※ 相關報導：

＊ Allometric scaling of plant life history
http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/104/40/15777