Листья — основной орган терморегуляции растений. В условиях глобального потепления тропические деревья охлаждают листья влагой, уменьшают их размер или поворачивают их ребром к Солнцу. Но способность к адаптации у растений разная — пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».
Автор Hi-Tech Mail
Как вы освежаетесь в жаркий день? Возможно, ищете тень, включаете вентилятор или пытаетесь укрыться под кондиционером? Но у тропических деревьев такой возможности нет. С потеплением климата им приходится либо адаптироваться к жаре на протяжении поколений, либо медленно умирать. Под прямыми солнечными лучами тропические листья становятся намного горячее окружающего воздуха — настолько, что это замедляет или даже останавливает жизненно важный процесс фотосинтеза.
Как же деревьям удается поддерживать температуру листьев в пределах безопасного диапазона? И справляются ли некоторые виды растений с этим лучше других? Новое исследование австралийских ученых, опубликованное в журнале Global Change Biology, осветило этот вопрос. Ученые обнаружили, что некоторые виды тропических деревьев способны справляться с разрушительными температурами в наиболее жарких областях своего ареала. Это может дать им преимущество перед конкурентами в условиях продолжающегося глобального потепления.
Стратегии охлаждения листьев
В более теплом климате растения могут охлаждать свои листья и избегать теплового повреждения, испаряя воду через «устьица» — крошечные поры на поверхности листьев и стеблей. Альтернатива заключается в формировании более узких и мелких листьев. Они могут рассеивать тепло более эффективно, чем крупные листья, поскольку ветер проходит ближе к поверхности листа, разрушая тонкий слой неподвижного воздуха, изолирующий поверхность с устьицами. Листья также могут в течение дня менять свою ориентацию относительно Солнца, чтобы поглощать меньше излучения.
Биологи точно не знают, какие виды лучше всего справляются с терморегуляцией. Также достоверно неизвестно, развилась ли эта способность на протяжении поколений или деревья адаптировались в течение своей жизни.
Ход исследования
Сначала авторы проверили, как различные характеристики листьев влияют на их нагревание. Для этого они отобрали образцы деревьев из 16 лесных участков во влажных тропиках Квинсленда, от жарких низин до прохладных горных вершин.
В выборке было задействовано три вида: Darlingia darlingiana (шелковистый дуб), Elaeocarpus grandis (голубой квандонг или элеокарпус узколистный) и Cardwellia sublimis (бычий дуб). Биологи отправились в отдаленные леса, чтобы найти изучаемые виды. Там с помощью гигантской «рогатки» они принялись сбивать ветви с высокой стороны кроны.
Ученые измерили листья по факторам, которые влияют на нагревание: ширина и толщина, химический состав, параметры устьиц для выведения воды с целью охлаждения, а также цвет и отражающая способность. Данные полевых измерений были введены в компьютерную модель. Исследователи попросили искусственный интеллект предсказать, как меняется разница температур между листьями и воздухом в местах произрастания каждого вида.
Моделирование показало, что два из трех изученных видов — дуб шелковистый и калифорнийский голубой — явно способны к «самоохлаждению» в условиях повышенной температуры. Это достигается за счет повышения активности устьиц и более узких, мелких листьев. Было ли это свидетельством адаптации к изменению климата? Почему некоторым популяциям деревьев удалось избежать воздействия разрушительных температур, а другим нет? Эволюционировали ли гены этих популяций от поколения к поколению, чтобы стать более приспособленными к более теплому климату? Или же сыграл роль другой фактор?
Чтобы ответить на эти вопросы, авторы исследовали ДНК различных популяций всех трех видов. Ученые искали небольшие различия, связанные с климатом, в котором произрастали отдельные деревья. У всех трех видов были обнаружены сигналы, связанные как с температурой, так и с количеством осадков. Это говорит о том, что климатические изменения повлияли на их генетические реакции, но не всегда с одинаковым результатом. Например, хотя бычий дуб и продемонстрировал признаки адаптации, не факт, что они обязательно связаны с регуляцией температуры.
Чтобы проверить эту идею, авторы провели эксперимент в теплице, используя обычные садовые посадки голубого квандонга, собранные из разных популяций. Растения выдерживались в разных камерах теплицы при более высоких и более низких температурах, что имитировало условия горных и низинных районов.
Рассада голубого квандонга, выращенная из популяций, происходящих из разных климатических зон, продемонстрировала те же колебания температуры между листьями и воздухом, что и в полевых условиях. Это наблюдалось независимо от того, выращивались ли они в более прохладных или более жарких теплицах.
Результат опыта предполагает, что генетическая адаптация помогает некоторым популяциям деревьев сохранять листья в относительной прохладе. Это может помочь специалистам по охране природы при выборе мест сбора семян для восстановления тропических лесов в условиях глобального потепления.
Разные виды, разные стратегии
Тропические леса играют ключевую роль в сохранении планетарного биоразнообразия и борьбе с изменением климата. Однако периоды сильной жары и засухи подводят многие виды деревьев к пределу своих адаптивных возможностей.
Исследование показывает наличие внутривидовых различий, которые могут смягчить риск повышения температуры. Однако не все виды деревьев обладают такими стратегиями для борьбы с жарой.
Некоторые тропические деревья могут быть более уязвимы к глобальному потеплению. По мере того, как волны тепла становятся более частыми и интенсивными, деревья, не способные регулировать температуру своих листьев, могут столкнуться с повышенным риском повреждения тканей, замедлением роста или даже локальным вымиранием.
Понимание того, как тропические деревья адаптировались к повышению температуры, имеет решающее значение для оценки их устойчивости к глобальному потеплению и помогает защитить их.
Об уникальной программе автоматического распознавания листьев живых растений и диагностики их проблем читайте в статье Hi-Tech Mail.
