Здравствуйте, уважаемые читатели! Прогуливаясь по лесам или паркам, а то и заглядывая в ботанические сады, вы замечали, что у деревьев в зависимости от вида листья не только разной формы, но и размера. Сегодня #КнигаРастений попытается разобраться в причинах этого разнообразия.
Да, дело не просто в случайных отличиях между видами. Конечно, первая идея, приходящая в голову, — климатические условия. В пустынях и полупустынях очень жарко и сухо, дожди если и бывают, то крайне редко, ну а в тропиках дождей куда больше. Листья, как известно, через устьица поглощают углекислый газ, который необходим для фотосинтеза, а также в процессе транспирации выделяют воду в виде паров в окружающий воздух. Этот процесс обеспечивает непрерывный поток воды от корней к листьям, а следовательно, и поступление элементов минерального питания из почвы к побеговым органам, необходимым для жизни растения. Естественно, в пустынях испарение идет куда быстрее, вода из почвы поступает медленнее, а значит, растение с несоразмерно крупными листьями (и с большим числом устьиц) просто засохнет. Чтобы этого не произошло, площадь листовой пластинки сокращается, а порой на их поверхности появляется и восковой налет.
Вроде эта гипотеза объясняет многое: например, в тропиках листья достигают огромных размеров... но... но в тропиках жарко! Значит, и вода испаряется так же сильно, как в пустынях? Что-то здесь не так... да и перегрев в летнюю жару грозит деревьям умеренных климатических поясов не меньше, чем тропических и околопустынных, но площадь листьев те не торопятся уменьшать. Очень уж много факторов влияет на транспирацию: и влажность воздуха (в тропических лесах очень высокая), и почвенные запасы влаги.
В общем, в 2017 году ученые из австралийского Университета Маккуори вместе с коллегами из Великобритании, Эстонии, Китая, Испании, США, Аргентины и Канады обнаружили кое-что крайне интересное. Они проанализировали данные о листьях для 7670 видов растений наряду с климатическими данными из 682 объектов по всему миру и пришли к выводу, что размер листа определяют несколько равнозначных факторов: температура дневная, температура ночная, количество дождей и количество солнечного излучения, долетающего до растений (количество излучения зависит от расстояния от экватора и средней облачности).
В статье, опубликованной в журнале Science 1 сентября 2017 года (и правках от 6 октября того же года), они указали, что там, где сухо и жарко, листья будут мелкими, чуть ли не микроскопическими; в тропиках, где жарко и дождливо, максимально крупными, а в областях с холодным климатом (вплоть до лесотундры и тундры) листочки опять уменьшатся до минимального размера (хотя не такого минимального, как в пустынях). Авторы исследования предполагают, что в холодных регионах главным ограничителем служит не дневная температура самого жаркого месяца, а ночная температура самого холодного (в рамках вегетационного сезона, зима не считается), то есть растение боится скорее замерзнуть, нежели перегреться. Каждый лист удерживает у поверхности слой неподвижного воздуха, который является теплоизолятором, и чем больше лист, тем толще слой, но, опять же, если большой лист все-таки остынет ночью, то днем ему будет куда труднее согреться. Добавим от себя, что способность корней всасывать воду сильно уменьшается при низких температурах, а в условиях болот вообще схожие внешние признаки развиваются скорее из-за недостатка азота, чем воды.
Не просто так исследователи обратили внимание на температуру самих растений. Даже если опустить крайности, когда мороз или жар буквально разрушают клеточные структуры, температура напрямую влияет на скорость биохимических процессов в живых организмах. Как мы знаем, растение «питается» солнечным светом, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, то есть фотосинтезируя. Но оно еще и дышит: чтобы отрастить новые побеги, синтезировать защитное соединение от какого-нибудь вредителя, зацвести и вообще поддерживать свою жизнь, запасенную в углеводах солнечную энергию нужно потратить, вдохнуть кислород и выдохнуть углекислый газ. Нетрудно догадаться, что баланс этих двух процессов – дыхания и фотосинтеза – невероятно важная штука. Вот только с температурой их скорость изменяется вовсе не синхронно, и в балансе они находятся при весьма определенных условиях, называемых точкой компенсации, которая может несколько различаться от вида к виду, но в среднем это чуть менее 30 градусов по Цельсию. Дисбаланс наступает и при существенном снижении температуры, и при ее превышении. В тропиках можно особо не заботиться о согревании листьев, поэтому срабатывают иные факторы, растение само «решает», что выгоднее: пучок огромных листьев на макушке или множество листьев помельче. Ученые, кстати, честно признались, что не учли влияние почв, тоже немаловажный фактор, но и без этого получены важные результаты, которые помогут понять, какой климат царил на Земле в ту или иную эпоху, а при пересаживании на новую территорию по размеру листовых пластинок аборигенных видов понять, как будет чувствовать себя растение на новом месте.
Еще один клубок загадок растительного мира начинает потихоньку распутываться, несмотря на множество включенных в него взаимосвязей, которые предстоит учесть. На этом #КнигаРастений статью завершает, но это не значит, что завершает работу над поисками тем для новой. Всем удачи и добра этим весенним деньком!