Как плавающий папоротник выдерживает дождь

Тропический плавающий папоротник Salvinia molesta развил сложные структуры, позволяющие воде быстро скатываться с его листьев даже во время сильного дождя. Это снижает давление на листья, плавающие на поверхности воды, но, что ещё важнее, устьица остаются открытыми для газообмена. Это позволяет папоротнику поглощать углекислый газ, необходимый для фотосинтеза. Это открытие сделано в междисциплинарном проекте с участием профессора Джеймса Небельзика и доктора Вильфрида Конрада из Университета Тюбингена и доктора Аниты Рот-Небельзик из Государственного музея естественной истории в Штутгарте.

В экспериментах команда моделировала дождь и с помощью высокоскоростных камер отслеживала путь капель, ударяющихся о листья. Листовые структуры эффективно адаптированы к осадкам, что может способствовать быстрому росту и распространению папоротника. За пределами родной Бразилии Salvinia molesta считается опасным инвазивным видом, вытесняющим другие растения. Исследование опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.

Эксперименты моделируют дождь

Верхняя поверхность плавающих листьев покрыта сильно водоотталкивающими волосками (трихомами), структура которых напоминает крошечные венчики. В одном эксперименте капли воды разного размера падали на закреплённые листья с разной высоты.

Камеры показали, что трихомы упруго реагируют на кинетическую энергию падающих капель. Однако ещё важнее для сброса воды оказалась упругость листа в целом. Когда листья были закреплены, их поверхности требовалось гораздо больше времени, чтобы стать сухими.

Водоотталкивающие структуры

Исследователи наблюдали, как капли отскакивают от листьев, иногда принимая блиноподобную форму или распадаясь на более мелкие капли. При падении крупных капель с большой высоты под трихомами всегда оставалось немного воды. «Удивительно, но трихомы, казалось, скорее мешали воде быстро скатываться», — отмечает Конрад.

Однако детальные наблюдения показали, что они очень эффективно защищают основание листа от воды. Энергетическое состояние капли на трихомах более выгодно, чем между ними, из-за их водоотталкивающего эффекта. Когда капля катится по трихомам, она буквально всасывает остаточную воду, застрявшую между ними, благодаря своим сильным поверхностным силам.

Это защищает от воды устьица в основании листьев, которые также покрыты водоотталкивающими нанокристаллами воска. Именно здесь происходит жизненно важный для растения газообмен. Это может быть решающим фактором высокой продуктивности Salvinia molesta, которая в благоприятных условиях может удваивать листовую массу за несколько дней.