Как гравитация ограничивает рост самых высоких деревьев
Исследователи из Университета штата Калифорния в Хамбольдте изучили, как гравитация и водный стресс, а не доступность света, определяют анатомию листьев и ограничивают максимальную высоту секвойи (Sequoia sempervirens), одного из самых высоких растений на Земле. Результаты опубликованы в июльском номере American Journal of Botany.
Ключевой вопрос и метод
Учёные во главе с Аланой Олдхэм задались вопросом, что в большей степени влияет на разницу в строении листьев в верхней и нижней частях кроны у высоких деревьев: свет или водный стресс, вызванный гравитацией. Для ответа они впервые собрали парные образцы листьев с внутренней и внешней части кроны на разной высоте у пяти древних секвой.
«Только получив листья, выросшие на одной высоте, но в разных световых условиях, мы смогли отделить влияние доступности света от влияния гидростатического натяжения», — объясняет Олдхэм.
Основные результаты
- Водный стресс (гидростатическое натяжение) усиливается с высотой из-за силы тяжести, действующей на водяной столб, поднимающийся от корней на высоту более 110 м.
- С увеличением высоты у листьев наблюдалось:
- Уменьшение: длины, ширины и количества воздушных пространств (мезопористости), что объясняет снижение фотосинтетической способности.
- Увеличение: толщины и количества трансфузионной ткани (улучшает устойчивость к водному стрессу).
- Ни один из 15 измеренных анатомических признаков не отличался между внутренней (теневая) и внешней (солнечная) частью кроны, где доступность света была разной.
Выводы и значение
Исследование показало, что для самых высоких деревьев главным ограничивающим фактором роста является гравитация, а не свет.
- Гидростатическое натяжение снижает доступность воды с высотой, ограничивая расширение листьев и снижая фотосинтетическую способность в верхушках деревьев.
- Это же натяжение повышает риск во время засух, заставляя дерево «инвестировать» в анатомические черты, повышающие устойчивость к водному стрессу, но снижающие потенциал роста.
- Эти компромиссы между устойчивостью и углеродным доходом на единицу массы листа, вероятно, приводят к уменьшению скорости роста в высоту по мере увеличения высоты дерева.
«Для самых высоких деревьев Земли сила тяжести может быть самым большим препятствием для дальнейшего увеличения высоты», — заключает Олдхэм.
Дальнейшие исследования
Учёные планируют изучить анатомию листьев у трёх следующих по высоте видов хвойных, чтобы сравнить влияние гидростатического натяжения и выявить видовые особенности, объясняющие разницу в максимальной высоте деревьев.