Ультразвук раскрывает секреты выживания деревьев в засуху

Барбара Бейкирчер, экофизиолог из Университета Инсбрука в Австрии, и ее
коллеги предложили другой подход: они перенесли лабораторию на деревья.
В Кранцбергском лесу под Мюнхеном команда оснастила насаждения из зрелых
елей и буков прочными водонепроницаемыми ультразвуковыми датчиками.
Некоторые трибуны были покрыты крышами, чтобы защитить от летнего
дождя, создавая условия искусственной засухи.
Пятилетний мониторинг показал, что буки более устойчивы к засухе, чем ели,
сообщила команда. Изучение лежащих в основе механизмов объяснило это
различие.
Деревья, подвергшиеся воздействию засухи, производили больше
ультразвуковых сигналов, чем деревья, подвергшиеся воздействию летних
дождей. Эти слабые акустические волны отражались от пузырьков воздуха,
называемых эмболиями, глубоко внутри сосудистой сети деревьев.
Поверхностное натяжение поддерживает движение воды по тысячам
крошечных сосудов дерева — испарение из пор в листьях гонит воду вверх по
стволу. Но если в почве недостаточно воды, это вытягивание вверх может
привести к образованию эмболий, которые закупоривают сосуды. В ходе
экспериментов ели гудели гораздо сильнее, чем буки, что говорит о том, что у
них было гораздо больше эмболий.
И это несмотря на то, что буки, по-видимому, менее консервативны в
управлении водными ресурсами, по крайней мере, на поверхности. Деревья
могут предотвратить эмболию, закрыв поры на своих листьях, но есть
компромисс. Это приводит к прекращению поступления углекислого газа,
который стимулирует фотосинтез, в результате чего образуются углеводы и
сахара, необходимые деревьям для жизни и роста. В засушливых условиях
деревья оказываются перед невозможным выбором “между голодом и смертью
от жажды”, - говорит Бейкирхер.
Буки страдали от эмболий меньше, чем ели, хотя их поры оставались
открытыми дольше, чем у хвойных деревьев. Возможно, это потому, что у
буков корни уходят в более глубокую и влажную почву, а также в более
надежные запасы воды, говорит Бейкирхер. Другая серия экспериментов,
проведенных после того, как исследователи справились с засухой,
предполагает, что дело обстоит именно так.
В конце эксперимента команда замочила почву. Все деревья хорошо
восстановились по большинству показателей: показатели фотосинтеза у ранее
высушенных деревьев сравнялись с показателями деревьев в контрольных
группах и эмболизмах, заполненных водой.
Но когда Бейкирхер измерил сопротивление деревьев электрическому току, что
является показателем уровня влажности в глубине стволов, запасы воды у елей
все еще были истощены. Одного сезона дождей было недостаточно, чтобы
помочь этим деревьям полностью восстановиться. Неясно, смогут ли ели
пополнить свои запасы после продолжительной засухи и сколько времени это
может занять.
Виды, способные противостоять засухе и быстрее восстанавливаться, могут
стать более густонаселенными в лесах будущего, поскольку изменение климата
приводит к тому, что засухи становятся более частыми и интенсивными. Это
означает, что состав деревьев, составляющих леса умеренного пояса мира,
может измениться по мере потепления климата, что приведет к неопределенным
последствиям для других растений и животных в этих экосистемах.
Бейкирхер планирует проверить, может ли более разнообразный лес помочь
выжить чувствительным к засухе видам, таким как ель. По ее словам, глубоко
укоренившиеся буки вперемежку с елями могут помочь увеличить влажность
верхних слоев почвы, отводя воду туда, где находятся корни ели.