Como as plantas alocam biomassa quando competem simultaneamente com seus vizinhos por recursos acima e abaixo do solo e se defendem contra a herbivoria de insetos? Como essas pressões de seleção afetam a seleção natural de características de plantas?

As interações entre competição por recursos e defesa contra herbivoria são complexas, difíceis de investigar por meio de experimentos. Avanços recentes na configuração e integração de modelos tornaram possível entender o papel dessas interações complexas na seleção de plantas in silico.

Drs. Jorad de Vries da ETH Zürich junto com Jochem Evers, Erik Poelman e Niels Anten, da Wageningen University desenvolveu um novo método de modelagem para entender como diferentes níveis de disponibilidade de recursos, pressão de competição e seleção de pressão de herbívoros no equilíbrio entre a aquisição e proteção de recursos ao longo de várias gerações.

Os autores desenvolveram um modelo de simulação que combina um modelo funcional-estrutural de crescimento vegetal em um clima de luz 3D com um modelo de seleção natural. “Ao combinar essas duas metodologias estabelecidas, somos capazes de explorar o comportamento complexo que emerge das interações entre plantas multidimensionais e seus ambientes multidimensionais conduzidos por mecanismos que vão desde a escala fisiológica até a eco-evolutiva”, de acordo com de Vries.

O modelo evolutivo funcional-estrutural da planta apresentado neste estudo foi capaz de recriar os equilíbrios funcionais previstos pelas principais teorias ecológicas sobre os efeitos da disponibilidade de recursos e trade-offs orientados por recursos. Esses resultados foram:

• A limitação de recursos aumentou a alocação de biomassa para as partes da planta que adquirem esse recurso (luz: folhas e caules, N: raízes).
• Plantas em ambientes pobres em nitrogênio expressaram maiores níveis de defesa devido à capacidade reduzida de rebrota nesses ambientes.
• Povoamentos densos selecionados para plantas altas devido à assimetria inerente da competição de altura por luz.
• Distribuição de defesa otimizada por seleção no dossel para proteger as folhas mais valiosas em termos de alocação de recursos atual e aquisição futura de recursos.

Este trabalho demonstra que o valor do investimento das plantas na aquisição ou proteção de recursos é um problema dinâmico que é influenciado por múltiplas interações ecológicas, trade-offs e tragédias dos comuns e, portanto, requer um contexto eco-evolutivo para ser totalmente entendido. Abordagens de modelagem mecanística, como a apresentada aqui, têm o potencial de ajudar os pesquisadores a entender melhor as respostas das plantas a ambientes dinâmicos e variáveis.

O código do modelo e os dados gerados pelo modelo estão disponíveis publicamente no repositório dríade em https://doi.org/10.5061/dryad.bnzs7h474.