Inom skåpen och lådorna i världens herbarier finns nästan 400 miljoner torkade växtexemplar. Dessa samlingar har länge tjänat som ett viktigt register över vilka växtarter som finns på jorden och var de växer. Men gömd i de uttorkade bladen, stjälkarna, blommorna och rötterna finns mycket mer information om hur växterna interagerade med sin miljö medan de levde. Att veta om dessa "funktionella egenskaper" - aspekter som bladstruktur, kemisk sammansättning och vatteninnehåll - kan hjälpa forskare att förstå hur växtsamhällen förändras över tiden, och i slutändan hur vi kan hjälpa ekosystem att frodas i framtiden.

Hittills har det enda sättet att lära sig om dessa egenskaper från herbariesamlingar krävt att förstöra bitar av de dyrbara exemplaren. Men nyligen utvecklade forskare från University of Minnesota och Université de Montréal i Quebec ett snabbt, oförstörande sätt att uppskatta de funktionella egenskaperna hos herbarieprover.

Forskarna använde en teknik som kallas reflektansspektroskopi, som mäter hur mycket ljus ett material reflekterar vid olika våglängder för att få bladens spektroskopiska "fingeravtryck" eller spektra. På mer än 600 växtprover från nordliga tempererade och boreala skogsbiomer i Nordamerika, mätte de spektra av färska, levande löv; blad som hade pressats som herbarieexemplar; och malda löv. De mätte också bladens kemiska och strukturella egenskaper med konventionella metoder. De använde sedan data för att utveckla modeller som använder spektra för att uppskatta funktionella egenskaper och utvärderade hur väl modellerna presterade på nya växtprover från samma biomer vid Cedar Creek Ecosystem Science Reserve. Slutligen testade de hur väl spektra kunde användas för att skilja arter åt.

Deras resultat:

• Färskbladsspektra gav de bästa förutsägelserna för egenskaper relaterade till bladstruktur och vatteninnehåll, medan markbladsspektra fungerade bäst för egenskaper relaterade till bladkemi.
• Pressbladsspektra gav mycket goda förutsägelser – vanligtvis mellan färskblads- och markbladsspektra. Till exempel förutspådde de mer än 75 % av variationen i bladkväveinnehåll och mer än 90 % av variationen i bladmassa per område.
• Både pressade blad- och markbladsspektra gav nästan perfekta förutsägelser om artens identitet.

Forskningen, publicerad denna månad i Methods in Ecology and Evolution, erbjuder ekologer ett kraftfullt nytt verktyg för att använda biologiska samlingar för att förstå hur växtsamhällen förändras över tiden, vilket ger insikter om hur vi bäst kan hålla ekosystemen friska i framtiden.

"Denna studie öppnar dörren till att använda världens herbarieexemplar för att studera utvecklingen av funktionella egenskaper över livets växtträd", säger medförfattare och professor vid University of Minnesota, Jeannine Cavender-Bares. "Det är ett mycket spännande framsteg för integrationen av ekologi och fylogenetik."

"Långt ifrån att bara vara döda växter i unken lådor, herbaria är några av de viktigaste verktygen vi har för att förstå den fantastiska mångfalden av växtliv", tillade medförfattare och tidigare doktorand vid University of Minnesota, Shan Kothari, nu postdoktor vid Université de Montréal. "Vi hoppas att den här metoden kan ta sin plats bland de många smarta och innovativa sätt som ekologer har använt herbariesamlingar till nya mål." + Utforska vidare

Hur diversifierar funktionella egenskaper och korrelerar fylogenetiskt för samförekommande arter i boreala skogar?