Jak umiejscowić Pańskie badania na mapie nauki?

– Mój zespół zajmuje się ekofizjologią, czyli bada podstawowe procesy życiowe, związane z ekologią roślin. W naszym przypadku są to badania procesów wzrostowych, oddychania i fotosyntezy, struktury i budowy liści, ich fenologii i chemizmu kształtujących się w zależności od czynników środowiskowych i genetycznych.

Dwa lata temu usłyszeliśmy, że znalazł się Pan w grupie, która opisała istotne zależności między zawartością azotu a oddychaniem roślin.

– O tym, że azot jest związany z procesami metabolicznymi wiadomo od dawna. Natomiast ostatnio pojawiła się uniwersalna teoria wyjaśniająca procesy metaboliczne u zróżnicowanych gatunków, od mikroorganizmów i roślin do ssaków – takie biologiczne E = mc2. W Santa Fe stworzono zespół badawczy, w skład którego weszli m.in. fizyk Geoffrey West oraz ekolodzy James Brown i Brian Enquist. Zajęli się poszukiwaniem podstaw teoretycznych tłumaczących wyniki prac Maxa Kleibera z Uniwersytetu w Kalifornii, który w latach 30. XX w. wykazał, że natężenie oddychania u zwierząt równe jest masie ich ciała podniesionej do potęgi 3/4. Badania te dobrze tłumaczyły wcześniejsze doniesienia, wskazujące na to, że duże zwierzęta charakteryzują się mniejszym natężeniem oddychania niż zwierzęta małe. By przeżyć, 30−gramowa nornica musi zjeść codziennie pożywienie równe połowie masy jej ciała, podczas gdy ludziom w zupełności wystarcza 2 proc.

Co odkryli badacze z Santa Fe?

– Doszli do wniosku, że to wielkość systemu waskularnego, czyli długość i struktura systemu naczyniowego, transportującego tlen i substancje odżywcze do poszczególnych komórek zwierzęcia, decyduje o natężeniu metabolizmu. Rozprowadzenie po dużym organizmie tlenu i substancji odżywczych wymaga bardziej rozbudowanego systemu waskularnego, który wydłuża drogę transportowanych substancji, spowalniając tym samym procesy metaboliczne.

A gdzie miejsce na rośliny?

– Badacze z Santa Fe postawili pytanie: jak to jest u roślin? Na podstawie badań literaturowych i modelowania procesów metabolicznych doszli do wniosku, że zależności między masami roślin i zwierząt a ich oddychaniem są identyczne. Uznano zatem, że jest to zależność uniwersalna dla wszystkich organizmów. Niestety, w odniesieniu do roślin dane, którymi się posługiwali, nie były wiarygodne. Np. wzięto pod uwagę cytryny, banany i truskawki – owoce, a nie całe rośliny. Dane na temat natężenia oddychania pochodziły z literatury, a średnie masy owoców z katalogów hurtowni spożywczych. Wyniki tych badań opublikowano w 2001 roku w „Science” jako jednoczącą teorię metaboliczną.

Ale mieliśmy mówić o Pańskich badaniach.

– Tak się akurat złożyło, że nasza grupa badawcza – Peter B. Reich z Uniwersytetu w Minnesocie, Mark G. Tjoelker z Uniwersytetu w Teksasie, Jose−Louis Machado ze Swarthmore College w Pensylwanii i ja – dysponowała własnymi wynikami pomiarów natężenia procesów metabolicznych, wykonanych na blisko 500 osobnikach reprezentujących przeszło 40 gatunków roślin naczyniowych. W opublikowanej w 2006 roku w „Nature” pracy wykazaliśmy, że oddychanie zarówno całych roślin, jak i ich poszczególnych organów zmienia się izometrycznie (wykładnik potęgi = 1) wraz z ich masą, a nie według zależności opisanych u zwierząt. Tak więc, niezależnie od rozmiarów badanych przez nas osobników (od małych siewek do 25−letnich drzew) czy gatunku roślin, przy podwojeniu ich masy natężenie procesów oddechowych wzrastało dwukrotnie, czyli w innej proporcji niż to ustalili naukowcy w Santa Fe.(...)