Некоторые тропические деревья охлаждают листья, чтобы выжить в жару — но не все виды умеют справляться
В полном солнце листья тропических деревьев могут нагреваться значительно сильнее окружающего воздуха — до температур, замедляющих или даже останавливающих жизненно важный процесс фотосинтеза.
Новое исследование показало, что некоторые виды тропических деревьев имеют способы справляться с повреждающими температурами в более тёплых частях своего ареала. Это может дать им преимущество перед конкурентами по мере дальнейшего потепления климата.
Стратегии охлаждения листьев
Растения в более тёплом климате могут охлаждать листья и избегать теплового повреждения:
- Испаряя воду через устьица — крошечные поры на поверхностях листьев и стеблей.
- Развивая более узкие и мелкие листья, которые эффективнее рассеивают тепло.
- Меняя ориентацию листьев, чтобы поглощать меньше солнечной радиации.
Однако оставалось неизвестным, какие виды лучше всего способны к таким сдвигам («терморегуляции») и является ли эта способность результатом эволюционной адаптации или прижизненной акклиматизации.
Ход исследования
Учёные протестировали, как различные характеристики листьев влияют на их нагрев, на трёх видах деревьев в 16 лесных участках Влажных тропиков Квинсленда (от жарких низменностей до прохладных горных вершин):
- Darlingia darlingiana (шелковый дуб)
- Elaeocarpus grandis (голубой квандонг)
- Cardwellia sublimis (булл-ок)
Были измерены факторы, влияющие на нагрев: ширина и толщина листа, химический состав, активность устьиц для охлаждения, цвет и отражательная способность.
Полевые измерения были введены в компьютерную модель, которая предсказывала, как разница температур между листьями и воздухом меняется в разных местообитаниях.
Результаты моделирования: два из трёх изученных вида — шелковый дуб и голубой квандонг — явно способны к «самоохлаждению» в более жарких условиях. Они достигают этого за счёт увеличения активности устьиц и наличия более узких и мелких листьев.
Была ли это адаптация к климату?
Чтобы выяснить, является ли эта способность генетической адаптацией, учёные:
- Изучили ДНК различных популяций всех трёх видов, обнаружив сигналы, связанные с температурой и осадками. Это говорит о том, что климатическая история сформировала их генетические ответы.
- Провели тепличный эксперимент с сеянцами голубого квандонга из разных популяций, выращенными в камерах с разной температурой.
Сеянцы голубого квандонга из популяций, происходящих из разных климатов, показали ту же самую вариацию в разнице температур лист-воздух, что и в полевых условиях, независимо от температуры в теплице. Это свидетельствует о генетической адаптации, помогающей некоторым популяциям деревьев сохранять листья прохладнее.
Разные виды — разные стратегии
Исследование показывает, что внутривидовая изменчивость может смягчать некоторые риски от повышения температур. Но не все виды деревьев обладают такими стратегиями борьбы с жарой.
По мере учащения и усиления волн тепла деревья, которые не могут регулировать температуру листьев, могут столкнуться с повышенным риском повреждения тканей, снижения роста или даже локального вымирания.
Понимание того, как тропические деревья адаптировались к повышению температур, имеет решающее значение для оценки их устойчивости к глобальному потеплению и может помочь в выборе семян для восстановления тропических лесов.