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植物群落将如何应对气候变化?

功能结构植物建模是预测植物群落如何应对气候变化的关键。

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当前的生态模型不足以预测生态对气候变化的反应,因为它们缺乏来自尚未发生的条件的必要数据。

Jorad de Vries 博士,苏黎世联邦理工学院博士后研究员, 呼吁使用进化功能结构植物模型 (FSPM) 来了解气候变化对自然植物群落的影响 在发表在一篇新论文中 电脑模拟 Plants.

“进化 FSP 建模是 3D 建模领域的一项新发展,它结合了两种方法,这些方法通过对自然系统的机械描述来关注紧急模型行为,但在非常不同的空间和时间尺度上起作用。 FSP 模型通常模拟高水平的空间细节,这使它们能够准确地模拟单个植物器官(如叶子)水平上的机制,而进化模型则模拟作用于几代的生态进化动力学。这些方法及其不同规模的融合具有挑战性,但提供了令人兴奋的新机会,可以更好地了解植物群落如何应对气候变化,以及哪些因素是这些反应的主要驱动因素,”德弗里斯说。

De Vries 首先解释了为什么理解植物群落的气候变化响应需要机械建模方法。目前的方法侧重于植物功能性状,不能很好地预测非生物和生物环境之间的相互作用,因此也不能很好地预测生态系统功能。相反,他认为,重点应该放在通过与当地非生物和生物环境相互作用将功能性状与个体植物水平上的适应性联系起来的机制上。 FSP 建模是准确模拟驱动个体植物气候变化响应的性状-环境相互作用的绝佳工具。

De Vries 提倡将 FSP 和进化模型结合起来,这将允许通过人口统计和进化过程的机械模拟从个人扩展到社区。 FSP 建模可以适应性状变异,然后可以使用进化模型进行选择、基因流和遗传漂变。

进化 FSP 建模过程和规模的可视化摘要。 FSP 模型模拟了个体不同植物与其 (a) 生物环境相关的形态学、生理学和物候学,这些植物塑造了个体生命率(生长、繁殖和存活)。 FSP 模型通过 a) 一个或多个作为 FSP 模型输入并受选择、基因流和遗传影响的可遗传参数(例如基因、性状)与进化模型耦合,以及 b) 适应度组件FSP 模型的输出和驱动选择、基因流和遗传漂变。 

然后,本文讨论了进化 FSP 建模如何帮助探索具有多维植物表型的复杂系统在多维环境中的行为。然后强调考虑这些多维环境的空间和时间动态、它们对选择的影响以及表型可塑性的作用的重要性。

研究文章

Jorad de Vries,使用进化功能-结构植物模型来了解气候变化对植物群落的影响, 计算机 植物,第 3 卷,第 2 期,2021 年,diab029, //doi.org/10.1093/insilicoplants/diab029


这份手稿是 in silico Plant 的一部分 功能结构植物模型特刊.

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