У Секвойи есть два типа листьев, и они делают совершенно разные вещи

Секвойя - одни из самых хорошо изученных деревьев на планете, но их загадки продолжают удивлять и радовать ученых и любителей природы. 

Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе обнаружили, что у краснокнижных деревьев (Секвойя) есть два типа листьев, которые выполняют совершенно разные задачи, говорится в исследовании, опубликованном в American Journal of Botany. Вместе эти функционально различные листья позволяют самым высоким деревьям в мире процветать как во влажных, так и в сухих частях своего ареала в Калифорнии, не жертвуя водой и пищей.

Периферический лист тратит свое рабочее время на производство пищи для дерева - преобразование солнечного света в сахар посредством фотосинтеза. Его коллега, осевой лист, почти ничего не делает для фотосинтеза. Вместо этого он занимается поглощением воды. Исследование показало, что крупное красное дерево может поглотить до 14 галлонов воды только за первый час, пока его листья влажные.

Как это соотносится с другими деревьями? Ученые не знают. Это первое исследование, оценивающее поглощение воды всей кроной большого зрелого дерева. Поскольку крупные красные деревья имеют более 100 миллионов листьев, этот рекорд поглощения может оказаться труднопобиваемым.

Во влажных лесах фотосинтез может быть подавлен из-за пленки воды, покрывающей стоматы листьев, когда они становятся влажными. У красного дерева различные типы листьев позволяют деревьям намокать и сохранять способность к фотосинтезу. Периферические листья имеют восковое покрытие, которое замедляет поглощение воды, но может помочь им продолжать фотосинтез в течение всего влажного сезона.

"Я была бы удивлена, если бы не было много хвойных деревьев, делающих это", - сказала ведущий автор исследования Алана Чин, аспирант кафедры экологии факультета растениеводства Калифорнийского университета в Дэвисе на момент проведения исследования. "Наличие листьев, не предназначенных для фотосинтеза, само по себе удивительно. Если вы дерево, вы не захотите иметь листья, которые не участвуют в фотосинтезе, если только для этого нет очень веской причины".

Исследование также показало, что листья могут менять свое "офисное пространство" вдоль дерева в зависимости от того, влажная или сухая среда.

На влажном, дождливом северном побережье влагопоглощающие листья располагаются на нижних ветвях дерева, а верхние, более солнечные уровни остаются для фотосинтезирующих листьев. Эта динамика меняется для красных деревьев в их южном ареале: Листья, собирающие воду, живут на более высоких уровнях дерева, чтобы использовать преимущества тумана и дождя, которые реже случаются в более сухой среде. 

Чтобы прийти к таким выводам, авторы собрали скопления побегов с шести краснокнижных деревьев в пяти лесных районах, простирающихся от влажного округа Дель-Норте до сухих гор Санта-Круз, и подвергли их экспериментальному воздействию тумана. Они оценили потенциал поглощения воды еще у семи деревьев, включая самое высокое живое дерево, и взяли образцы на разной высоте.

Затем они сравнили анатомию и измерили фотосинтез периферических и осевых листьев, чтобы понять их функцию. Они также разработали основанную на физике причинно-следственную модель, которая позволила им определить признаки листьев, регулирующие скорость поглощения.

Среди всех полученных результатов Чин больше всего радуется тому, что нашел простой и эффективный способ определения способности красных деревьев пропускать туман. Исследователи могут следить за тем, как и приспосабливаются ли красные деревья к климатическим условиям и будущему более сухому миру, просто взглянув на видимые восковые покрытия, покрывающие два типа листьев, что может быть снято на камеру мобильного телефона и предоставлено другим ученым или даже представителям общественности.

Красные деревья славятся своей устойчивостью перед лицом многих природных угроз и вызывают множество положительных отзывов: Они являются одними из самых больших, высоких и старых деревьев планеты. У них богатая танином древесина, огнестойкая кора и устойчивые к вредителям листья. Это новое открытие - еще один пример их способности реагировать на условия окружающей среды, такие как засуха и водный стресс.

"Самое интересное здесь - это их способность процветать при всех этих обстоятельствах и приспосабливаться к различным условиям", - сказал Чин, который вырос рядом с красными деревьями в округе Мендосино. "То, что подобные вещи могут происходить прямо у нас под носом у одного из наиболее изученных видов - никто из нас не предполагал, что все будет именно так".

Соавторами исследования являются Пола Гузман-Дельгадо, Джессика Орозко, Зейн Мур и старший автор Мацей Звенецкий из отделения наук о растениях Калифорнийского университета в Дэвисе, а также Стивен Силлетт, Люси Керхоулас и Марти Рид из Кал Поли Гумбольдт, и Рассел Крамер из компании Dipper and Spruce LLC в Вашингтоне.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом и стипендией Кэтрин Эсау от Калифорнийского университета в Дэвисе.