Листья являются главными органами терморегуляции у растений. В условиях глобального потепления тропические деревья используют влагу для охлаждения своих листьев, уменьшают их размеры или поворачивают ребром к Солнцу. Однако степень адаптации растений варьируется.
Как вы охлаждаетесь в знойный день? Возможно, ищете тень, включаете вентилятор или прячетесь под кондиционером? Однако у тропических деревьев нет такой возможности. С повышением температуры климата им необходимо либо адаптироваться к жаре на протяжении многих поколений, либо постепенно погибать. Под ярким солнечным светом тропические листья нагреваются значительно сильнее окружающего воздуха — настолько, что это замедляет или даже блокирует жизненно важный процесс фотосинтеза.
Как же деревьям удается сохранять температуру листьев в безопасном диапазоне? И способны ли некоторые виды растений справляться с этим лучше других? Новое исследование австралийских ученых, опубликованное в журнале Global Change Biology, проливает свет на этот вопрос. Ученые выяснили, что некоторые виды тропических деревьев могут противостоять экстремальным температурам в самых жарких частях своего ареала. Это может предоставить им преимущество перед конкурентами в условиях продолжающегося глобального потепления.
Стратегии охлаждения листьев
В более теплых климатических условиях растения могут охладить свои листья и избегать теплового повреждения, испаряя воду через «устьица» — маленькие поры на поверхности листьев и стеблей. Альтернативный подход заключается в формировании более узких и мелких листьев. Они способны более эффективно рассеивать тепло, чем крупные листья, так как ветер проходит ближе к поверхности листа, разрушая тонкий слой неподвижного воздуха, который изолирует поверхность с устьицами. Листья также могут менять свою ориентацию относительно Солнца в течение дня, чтобы поглощать меньше солнечного излучения.
Биологи пока не уверены, какие виды лучше всего справляются с терморегуляцией. Также неизвестно, развилась ли эта способность в процессе эволюции или деревья адаптировались на протяжении своей жизни.
Ход исследования
Сначала исследователи оценили, как различные характеристики листьев влияют на их нагревание. Для этого они собрали образцы деревьев из 16 лесных участков во влажных тропиках Квинсленда, от жарких низин до прохладных горных вершин.
В выборку вошли три вида: Darlingia darlingiana (шелковистый дуб), Elaeocarpus grandis (голубой квандонг или элеокарпус узколистный) и Cardwellia sublimis (бычий дуб). Биологи отправились в удаленные леса для поиска изучаемых видов. С помощью огромной «рогатки» они сбивали ветви с высоты кроны.
Ученые произвели измерения листьев по параметрам, влияющим на нагревание: ширине и толщине, химическом составе, характеристикам устьиц для испарения воды с целью охлаждения, а также цвету и отражающей способности. Данные полевых измерений были введены в компьютерную модель. Исследователи задали искусственному интеллекту предсказать, как изменяется разница температур между листьями и воздухом в местах произрастания каждого вида.
Моделирование показало, что два из трех изученных видов — дуб шелковистый и голубой — явно имеют способность к «самоохлаждению» в условиях повышенной температуры. Это достигается за счет увеличения активности устьиц и более узких, мелких листьев. Свидетельствует ли это о том, что они адаптировались к изменениям климата? Почему некоторым популяциям деревьев удалось избежать воздействия экстремальных температур, а другим — нет? Эволюционировали ли гены этих популяций от поколения к поколению, чтобы стать более приспособленными к теплому климату? Или же действовал другой фактор?
Для того чтобы ответить на эти вопросы, авторы проанализировали ДНК различных популяций всех трех видов. Ученые искали небольшие различия, связанные с климатом, в котором произрастали отдельные деревья. У всех трех видов были зафиксированы сигналы, связанные как с температурой, так и с количеством осадков. Это указывает на то, что климатические изменения оказали влияние на их генетические реакции, но не всегда с одинаковыми последствиями. Например, хотя бычий дуб и показал признаки адаптации, не факт, что они обязательно связаны с регуляцией температуры.
Чтобы проверить эту гипотезу, авторы провели эксперимент в теплице, используя обычные садовые посадки голубого квандонга, собранные из разных популяций. Растения
Фото: hi-tech.mail.ru