Молодые деревья могут адаптироваться к уменьшению осадков

За последние 25 лет деревья по всему миру гибнут из-за последствий изменения климата. Засуха, усиленная жарой, убивает деревья, пережившие века.

Старые деревья могли расти в тысячелетия, более влажные, чем последние 20 лет. Учёные, изучающие динамику лесов, экологию и физиологию растений, обнаружили, что деревья «помнят» периоды обилия воды, и эта «память» продолжает влиять на их рост много лет после окончания влажной фазы.

Это даёт надежду, что молодые деревья, никогда не знавшие осадков XX века, не сформировали свою структуру вокруг изобилия воды и, возможно, лучше подготовлены к выживанию в хронически сухом мире.

Эксперимент с поливом леса

Исследование основано на почти 20-летней работе в сухой долине реки Роны в Швейцарских Альпах. В 1990-х учёные наблюдали упадок и гибель столетних сосен обыкновенных. Чтобы понять роль засухи, исследователи из Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта в 2003 году запустили эксперимент «Пфинвальд»: они орошали зрелый лес, удваивая естественные летние осадки, и сравнивали эти деревья с получавшими только естественные осадки.

Через 17 лет полив не только повысил выживаемость деревьев в засушливые периоды, но и увеличил скорость их роста.

«Эффекты памяти» леса

Деревья, переживающие засуху, изменяют свои листья, древесину и корни, подготавливая себя к продолжению сухих условий. Эти структурные изменения сохраняются после окончания засухи и продолжают влиять на рост и устойчивость к стрессу многие годы — это «эффекты памяти» (legacy effects) на уровне дерева и леса.

В 2013 году, через 11 лет после начала эксперимента, полив прекратили на половине каждой опытной площадки. Деревьям, которым на тот момент было около 120 лет, предстояло жить без дополнительной воды. Сохранят ли они «память» о влажном периоде?

Поиск следов «памяти» на клеточном уровне

В марте 2023 года исследователи собрали образцы молодых листьев и побегов с верхушек крон:

• с контрольных деревьев (никогда не поливались);
• с деревьев, поливавшихся каждое лето с 2003 года;
• с деревьев, которые не поливали с 2013 года.

Образцы изучили на синхротроне Swiss Light Source с помощью высокоразрешающего рентгеновского микроскопа TOMCAT, который позволил увидеть внутреннюю структуру листьев и побегов, не разрушая их.

«Память» об изобилии воды оказалась стрессовой

Новые листья деревьев, которые когда-то поливали, отличались от листьев как постоянно поливаемых, так и никогда не поливавшихся деревьев. В их анатомии сохранился след прошлого изобилия воды, записанный в размере, форме и расположении клеток.

В анатомии листьев бывших поливаемых деревьев наблюдались все признаки хронического водного стресса — даже больше, чем у никогда не поливавшихся. Вместо клеток, эффективно улавливающих солнечный свет и транспортирующих сахара, эти листья были структурированы для самозащиты: они были мелкими, вкладывались в защиту от насекомых и засухи, накапливали запасы воды. Они выглядели так, будто находились в середине засухи века.

Эта «память» помогла деревьям «научиться» выживать в изменчивых условиях. Бывшие поливаемые деревья, как и деревья, переживающие изменение климата, не знали, что вода не вернётся.

Суровые условия могут создавать выносливые деревья

В некоторых лесах умеренного пояса, как в Швейцарии, старые деревья помнят уровень водного изобилия, которого больше нет из-за изменения климата. Это прошлое изобилие могло закрепить структурные и эпигенетические изменения, не соответствующие сегодняшнему более сухому миру. Часть современных случаев массовой гибели деревьев в мире может быть отчасти связана с «эффектами памяти» прошлого изобилия воды.

Однако в большинстве лесов умеренного пояса нынешнее поколение молодых деревьев (проросших за последние 15–20 лет) смогло укорениться в условиях, которые раньше считались бы хронической засухой. Эти молодые деревья, пережившие бесконечный сухой период, сформируют леса будущего.

Наблюдения в Пфинвальде дают некоторую надежду: молодые деревья, занимающие своё место в лесах по всему миру, могут быть лучше подготовлены к миру, изменённому человеком. Климатические сдвиги последних десятилетий закалили их для трудных времён, без сохраняющейся «памяти» об изобилии воды.