Некоторые тропические деревья охлаждают свои листья, чтобы пережить жару, но не все виды умеют с этим справляться

от

Как вы охлаждаете себя в жаркий день? Возможно, ищете тень, включаете вентилятор или идёте к кондиционеру. А теперь представьте тропические лесные деревья. По мере потепления климата они должны либо приспособиться к жаре, адаптироваться в течение нескольких поколений, либо начать медленно угасать.

Под прямыми солнечными лучами листья тропических деревьев могут стать намного горячее окружающего воздуха — настолько горячими, что это может замедлить или даже остановить жизненно важный процесс фотосинтеза.

Как деревьям удаётся поддерживать температуру листьев в безопасных пределах? И у каких видов это получается лучше? В нашем новом исследовании мы рассмотрели этот вопрос.

Мы обнаружили, что у некоторых видов тропических деревьев есть способы справиться с высокими температурами в тёплых частях их ареала. Это может дать им преимущество перед конкурентами по мере дальнейшего потепления климата.

В более тёплых климатических условиях растения могут охлаждать свои листья и избегать повреждений от жары, испаряя воду через стоматы — крошечные поры на поверхности листьев и стеблей. Или у них могут развиваться более узкие и мелкие листья. Они могут отводить тепло более эффективно, чем большие листья, потому что ветер проходит ближе к поверхности листа, разрушая тонкий слой неподвижного воздуха, который изолирует лист. Листья также могут менять свою ориентацию, чтобы поглощать меньше солнечного излучения.

Однако мы не знаем, какие виды лучше всего справляются с этими изменениями, которые в совокупности называются терморегуляцией. Мы также не знаем, развилась ли эта способность в течение нескольких поколений или деревья адаптировались в течение своей жизни. Наше новое исследование было направлено на то, чтобы пролить свет на эти вопросы.

Методы исследования

Сначала мы проверили, как различные характеристики листьев влияют на их температуру. Для этого мы собрали образцы деревьев с 16 лесных участков во влажных тропиках Квинсленда, от жарких низменностей до прохладных горных вершин.

В исследовании участвовали три вида: Darlingia darlingiana (шелковистый дуб), Elaeocarpus grandis (голубой квандонг) и Cardwellia sublimis (бычий дуб).

Мы отправились в отдалённые леса, чтобы найти наши исследуемые виды. Затем мы использовали гигантскую рогатку, чтобы сбить ветки с высоких деревьев в кроне.

Мы измерили листья в соответствии с факторами, которые влияют на их температуру: ширина и толщина, химический состав, использование стомат для выделения воды для охлаждения, а также цвет и отражательная способность.

Эти полевые измерения были введены в компьютерную модель. Мы попросили модель предсказать, как изменится разница температур между листьями и воздухом в разных средах обитания, где растут эти виды.

Результаты

Моделирование показало, что два из трёх изученных видов — шелковистый дуб и голубой квандонг — явно способны к самоохлаждению в более жарких условиях. Они делали это, увеличивая активность своих стомат и имея более узкие и мелкие листья.

Но почему некоторые популяции деревьев смогли избежать повреждающих температур? Эволюционировали ли гены этих популяций от одного поколения к другому, чтобы лучше приспособиться к более тёплому миру? Или действовал другой фактор?

Чтобы ответить на эти вопросы, мы изучили ДНК различных популяций всех трёх видов. Мы искали небольшие различия, связанные с климатом, в котором росли отдельные деревья.

Мы обнаружили сигналы у всех трёх видов, связанные как с температурой, так и с количеством осадков. Это говорит о том, что климатическая история сформировала их генетические реакции, но не всегда с одинаковым результатом.

Например, хотя у бычьего дуба были признаки адаптации, это может не помочь с регулированием температуры, а вместо этого повлиять на функции растения другим образом.

Для проверки этой идеи мы провели эксперимент в стеклянном доме, используя общие садовые посадки саженцев голубого квандонга, собранных из разных популяций. Растения были помещены в более тёплые или более прохладные условия в отдельных камерах стеклянного дома, чтобы имитировать текущие условия в высокогорьях и низменностях.

Саженцы голубого квандонга, выращенные из популяций, происходящих из разных климатических условий, показали те же различия в разнице температур между листьями и воздухом, которые мы наблюдали в полевых условиях. Это произошло независимо от того, выращивались ли они в более прохладных или более тёплых камерах стеклянного дома.

Это говорит о том, что генетическая адаптация помогает некоторым популяциям деревьев поддерживать более низкую температуру листьев. Это может помочь специалистам по охране природы при выборе мест для сбора семян для восстановления тропических лесов в условиях потепления.

Тропические дождевые леса жизненно важны для биоразнообразия и борьбы с изменением климата путём поглощения углекислого газа из атмосферы. Но волны жары и засухи ставят многие виды деревьев на грань выживания.

Наше исследование показывает, что внутри видов существует вариативность, которая может снизить некоторые риски, связанные с повышением температуры. Но не все виды деревьев имеют такие стратегии борьбы с жарой.

Как мы показали, некоторые тропические деревья могут быть более уязвимы к потеплению мира. По мере того как волны жары становятся более частыми и интенсивными, деревья, которые не могут регулировать температуру своих листьев, могут столкнуться с более высоким риском повреждения тканей, снижения роста или даже локального вымирания.

Понимание того, как тропические деревья адаптировались к повышению температуры, имеет решающее значение для оценки их устойчивости к глобальному потеплению и помощи в их защите.

Предоставлено: The Conversation.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте