Виды растений чувствительны к изменениям в стимулах окружающей среды и изменяют свое физиологическое развитие, чтобы приспособиться к их специфической среде. Экологические изменения могут изменить доступность ресурсов и другие условия, имеющие решающее значение для производительности установки . Листья растений являются не только наиболее важными фотосинтетическими органами, но и частями растения, которые могут наиболее чувствительно реагировать на изменения окружающей среды . В поле размер листа, форма, толщина и складчатость и даже вторичные метаболиты или окраска листьев , все они могут быть изменены, чтобы реагировать на абиотические изменения окружающей среды (например, УФ-свет) или биотические травоядные стрессы.
В тропиках у некоторых видов растений сформировались специфичные для вида структуры развития листьев, такие как замедленное озеленение . Молодые листья в тропических регионах по всему миру часто вспыхивают красным во время роста . Красный прилив может быть широко распространенным и визуально поразительным явлением в тропиках, когда от 20% до 40% древесных пород демонстрируют красные покрасневшие молодые листья в одном месте . Сообщено, что примерно одна треть видов растений в тропических лесах задержала озеленение своих молодых листьев до полного размножения. Установлено, что 36% видов деревьев демонстрируют красную окраску молодых листьев на острове Барро Колорадо (BCI), Панама. Кроме того, сообщают, что почти 49% лесных деревьев в национальном парке Кибале, Уганда, в какой-то момент на протяжении многих лет демонстрировали покраснение молодых листьев. Феномен замедленного озеленения в тропических лесах Юго-Восточной Азии включал до 62% всех изученных видов растений .
Молодые красные листья обычно содержат высокие уровни антоцианов, которые являются основными факторами, влияющими на красную окраску листьев растений . Антоцианы вырабатываются не только в ответ на сезонные, пространственные факторы или факторы развития, но также могут индуцироваться рядом разнородных стимулов (например, ультрафиолетовое (УФ) излучение) и биотических (например, насекомых, травоядных, млекопитающих, патогенных микроорганизмов) . Во время расширения листа антоцианины часто присутствуют в мезофилле и эпидермальных клетках и затем исчезают из тканей или уменьшаются в концентрации после полного расширения листа . В растениях антоцианы функционируют для скрининга на вредные активные формы кислорода (АФК), атаки травоядных животных, грибковые атаки и сильный световой стресс . Однако антоцианины не служат фотосинтетическими пигментами. Поскольку основной функцией листьев растений является фотосинтез, почему у многих видов растений не обнаружен оптимизированный пигментный пул (с точки зрения спектра поглощения, необходимого для эффективного захвата света при фотосинтезе), но вместо этого накапливаются высокие концентрации антоцианов и задерживается озеленение при ювенильная стадия?
Экологическое значение отсроченного озеленения молодых листьев оспаривается . Обнаружено, что муравьи-листорезы преимущественно собирают листья без антоцианов. Затем эти авторы выдвинули гипотезу о том, что антоцианы связаны с инвазией патогенными грибками, поражающими листья. Эту точку зрения разделили . Сообщено, что покраснение молодых листьев может сделать их невидимыми для травоядных животных или может предупредить потенциальных травоядных животных о наличии токсических соединений. Другие исследователи обнаружили, что антоцианы могут функционировать как ослабители света, чтобы компенсировать недостаточную фотозащиту, обусловленную нефотохимическим гашением . Тем не менее, эти гипотезы о позднем озеленении молодых листьев были выдвинуты или проверены на основе исследований, в которых рассматривалось только несколько видов растений, и пока неясно, имеют ли эти механизмы широкое адаптивное значение для тропических растений.
Взаимодействие растений и травоядных является важной составляющей биоразнообразия тропических лесов. Взаимный отбор привел к большим инвестициям в защиту тропических деревьев, чем в умеренные виды растений . Хотя листья растений легко повреждаются универсальными или специализированными травоядными животными молодые листья, особенно с красным фенотипом, могут эффективно снижать травоядные повреждения . Тем не менее, сообщено, что молодые красные листья имеют меньше механической физической защиты, чем зеленые листья. Таким образом, механизм, с помощью которого красная окраска молодых листьев помогает им избежать вреда от травоядных в тропиках, является важной областью фенотипического исследования.
Тропики обычно испытывают больший естественный отбор, чем умеренные районы. Сильная интенсивность процессов естественного отбора в тропических районах, которые могут быть либо непрерывными, либо прерывистыми процессами, состоящими из обострений и ремиссий, снижает филогенетическую родственность видов растений в тропических районах. Кроме того, эти экологические факторы и их эволюционные связи с видами растений в тропических лесах привели к впечатляющему разнообразию адаптаций и взаимодействий .
В настоящем исследовании мы изучаем метаболизм, фотосинтетическую активность и химическую защиту листьев 250 видов тропических растений с красными или зелеными молодыми листьями. Наша главная цель - выяснить, почему в тропиках так много видов растений с переходными красными молодыми листьями. Кроме того, мы пытаемся подчеркнуть любое экологическое или эволюционное значение отсроченного озеленения молодых листьев растений в тропиках.