Temporal dynamics of stomatal conductance of plants under water deficit: can homeostasis be improved by more complex dynamics?

Abstract

Este estudo testou a hipótese de que a condutância estomática de uma população de estômatos em uma folha poderia apresentar um comportamento caótico ou complexo sob diferentes condições hídricas, o que poderia favorecer a capacidade homeostática das plantas. A condutância estomática em folhas de girassol e de beterraba cultivadas com irrigação diária e sob deficiência hídrica foi medida com um analisador de gás por infra-vermelho em condições controladas. Os dados foram registrados a cada 20s durante 6h. As séries temporais obtidas foram analisadas por meio dos coeficientes de Lyapunov, dimensão fractal, entropia KS e complexidade LZ relativa. A condutância estomática nas plantas cultivadas com e sem deficiência hídrica exibiu um comportamento provavelmente caótico. As plantas sob estresse hídrico mostraram uma tendência para um comportamento mais complexo, principalmente as plantas de girassol cuja capacidade homeostática foi superior. Algumas implicações biológicas destes comportamentos são discutidas no texto.

In this study we hypothesized that chaotic or complex behavior of stomatal conductance could improve plant homeostasis after water deficit. Stomatal conductance of sunflower and sugar beet leaves was measured in plants grown either daily irrigation or under water deficit using an infrared gas analyzer. All measurements were performed under controlled environmental conditions. In order to measure a consistent time series, data were scored with time intervals of 20s during 6h. Lyapunov exponents, fractal dimensions, KS entropy and relative LZ complexity were calculated. Stomatal conductance in both irrigated and non-irrigated plants was chaotic-like. Plants under water deficit showed a trend to a more complex behaviour, mainly in sunflower that showed better homeostasis than in sugar beet. Some biological implications are discussed.