Архитектура одного дерева раскрывает секреты целого леса
Исследователи из Университета Аризоны обнаружили, что за разнообразием форм деревьев скрывается удивительно схожая архитектура, основанная на фундаментальных, общих принципах. Это позволяет по структуре ветвления дерева определять его функции, такие как обмен CO2 с атмосферой или транспирация воды, независимо от вида или формы дерева.
Результаты, опубликованные в Ecology Letters, имеют важное значение для моделей, оценивающих влияние деревьев на экосистемы. Исследование впервые эмпирически проверило теорию 1998 года, согласно которой структура ветвления (ширина и длина ветвей) предсказывает обмен углеродом и водой в зависимости от размера дерева.
«Эта теория позволяет масштабировать размер растений к их функции, например, к фотосинтезу, потере воды и дыханию, что особенно важно в свете изменения климата», — говорит ведущий автор Лиза Патрик Бентли. — «Чтобы оценить, сколько углерода выделяет лес, возможно, достаточно изучить свойства нескольких деревьев — самых маленьких и самых больших».
Исследование подтвердило теорию на пяти видах: клён, дуб, бальза, сосна жёлтая и сосна колорадская. Несмотря на разный внешний вид (например, сосна в форме конуса и дуб в форме перевёрнутого конуса), у них оказались схожие принципы ветвления.
Команда изучила девять деревьев, измерив длину, диаметр и количество ветвей. Работа также подтвердила идею Леонардо да Винчи («правило Леонардо»): если собрать все конечные ветви в один цилиндр, его площадь будет равна площади ствола.
Однако эксперимент показал, что реальные деревья сложнее теоретической модели. Теория предполагает идеальные фрактальные симметричные ветвления, но в природе ветвление асимметрично и более вариативно. «Теория в целом работает хорошо, но её нужно модифицировать, чтобы включить больше вариаций и асимметричное ветвление», — заключает Бентли.