Раскрыты механические секреты гигантских амазонских кувшинок
Исследователи, изучавшие гигантские амазонские кувшинки, выращенные в Ботаническом саду Оксфордского университета, разгадали инженерную загадку, стоящую за самыми большими плавающими листьями в природе.
В исследовании, опубликованном в Science Advances, учёные обнаружили, что характерный узор на нижней стороне гигантских листьев является секретом успеха гигантской амазонской кувшинки (род Victoria).
Эта перекрещивающаяся структура составляет сосудистую систему листа, поддерживая его огромную площадь поверхности и удерживая на плаву. Гигантские листья могут вырастать на 40 см в день, достигая почти 3 метров в диаметре — в десять раз больше, чем у любого другого вида кувшинок — и выдерживать вес маленького ребёнка.
Исследователи сравнили высокобортный лист гигантской амазонской кувшинки с толстыми жилками с листьями Nymphaea — более мелкого родственника с дискообразными листьями и менее выраженной сосудистой системой. Используя эксперименты in situ и математическое моделирование, команда обнаружила, что листья гигантской амазонской кувшинки обладают большей жёсткостью при заданном объёме растительной массы.
«Их прочность позволяет листьям гигантской амазонской кувшинки занимать огромную площадь для захвата света, несмотря на их низкую биомассу по сравнению с другими кувшинками. В этом секрет их успеха», — сказал доктор Крис Торогуд.
«Размер листьев обычно ограничен механически из-за затрат на их поддержание. Большая площадь поверхности для фотосинтеза требует больше энергии растения для поддержания. Структура и несущие свойства гигантской амазонской кувшинки дают ей конкурентное преимущество: высокая прочность при низкой стоимости», — объяснил доктор Финн Бокс.
В своей естественной среде обитания — быстро пересыхающих временных водоёмах бассейна Амазонки — гигантская кувшинка получила эволюционное преимущество в гонке растений за пространство и свет.
Её гигантские листья быстро и с минимальными затратами разворачиваются, борясь за место на поверхности воды, создавая мозаику, которая блокирует свет для растений под ними.
Гибкая структура листа может выдерживать упругую деформацию, чтобы избежать повреждений от птиц. Небольшие отверстия на поверхности отводят дождевую воду. Шипы на нижней стороне листа отталкивают другие растения по мере его разворачивания и защищают от рыбы.
«Листья действительно многофункциональны. Растения хорошо приспособлены к вызовам своей среды обитания», — отметил доктор Торогуд.
«Удивительные структуры в природе могут помочь нам решить инженерные задачи. Форма этих кувшинок может вдохновить на создание гигантских плавающих платформ, например, для океанских солнечных панелей. Листьям есть чему нас научить», — заключил доктор Торогуд.