Измерение пульса деревьев

Деревья живут сотни и даже тысячи лет на одном месте, и кажутся нам неподвижными наблюдателями. Однако они гораздо более активны и похожи на нас, чем можно подумать, просто их жизненные ритмы протекают в ином временном масштабе.

Ритмы жизни

У деревьев есть "дыхание" — процесс обмена газами с атмосферой. Они следуют циркадным ритмам, "общаются" с помощью специфических химических соединений с другими деревьями, насекомыми и грибами, защищаются и реагируют на повреждения.

Несмотря на отсутствие сердца, у деревьев есть пульс — ряд процессов, следующих осциллирующим циклам. Многие из них, как реакция на изменения среды, имеют 24-часовой цикл (например, открытие и закрытие устьиц), некоторые — годовой (листопад у лиственных деревьев).

Пример суточной осцилляции — внутренний транспорт воды в стволе. Деревья обычно увеличивают транспирацию утром и уменьшают её днём и ночью. Это сопровождается динамическим изменением диаметра ствола, создающим медленный "пульс".

Что создаёт пульс?

Почти 100 лет назад, с изобретением первого прецизионного дендрометра Лестером Генри Райнеке в 1932 году, стало ясно, что стволы деревьев сжимаются днём и расширяются ночью из-за изменений в запасах воды в тканях.

Недавние исследования показали, что пульс в основном генерируется колебаниями диаметра коры. Это удивительно, так как традиционно считалось, что кора полностью отделена от потока транспирации дерева.

Утоление жажды

Кору можно разделить на мёртвую (внешнюю) и живую (внутреннюю) части. Живая часть содержит транспортную систему — флоэму. Флоэма перемещает сахара (продукты фотосинтеза из листьев) к тканям, которые нуждаются в энергии.

Флоэма использует воду как транспортную среду для сахаров. При определённых условиях эта вода может быть "вытянута" из флоэмы в поток транспирации ствола.

Теоретическое моделирование показало, что это вероятнее всего происходит во время быстрого увеличения транспирации в утренние часы. В это время напряжение в капиллярах, проводящих воду вверх по стволу, резко возрастает.

Чтобы предотвратить разрыв водного столба в капиллярах (что может привести к гибели дерева при засухе), вода из флоэмы втягивается в капилляры. Потеря воды из флоэмы заставляет ствол сжиматься. Когда напряжение в капиллярах снижается из-за уменьшения транспирации, вода возвращается обратно во флоэму, и ствол расширяется.

Под поверхностью

Точный путь этой передачи воды долгое время оставался загадкой. В недавнем исследовании, которое я возглавлял, мы ввели флуоресцентный краситель во флоэму и визуализировали путь воды.

Мы обнаружили, что передача воды происходит внутри древесных лучей, которые соединяют флоэму с водопроводящими капиллярами. Это радиально выровненные живые клетки паренхимы луча, присутствующие у бесчисленных видов деревьев.

Наши эксперименты установили, что флоэма действительно связана с потоком транспирации, действуя как губка, которая непрерывно насыщается и сжимается.

Таким образом, деревья действительно похожи на нас. У них даже есть пульс. Просто нужно посидеть рядом с деревом неделю, чтобы почувствовать его.