Размер и форма листьев растений кажутся бесконечными. Это массивные веерообразные листья ладони, узкие зубцы папоротника, средние по размеру листья конского каштана в форме руки и многое другое. Но почему листья принимают такие разнообразные формы, долгое время оставалось загадкой для ученых.
Прошлые исследователи предположили, что доступность воды и риск перегрева определяют размер листа. Но, как сообщает Хелен Бриггс на BBC, новое исследование, опубликованное в журнале Science, предлагает это немного сложнее.
Идея наличия воды и формы листьев прослеживается у датского ботаника 19-го и начала 20-го века Эугениуса Варминга, который предположил, что высокое количество осадков в тропиках позволяет таким вещам, как пальмовые листья и банановые листья, расти до огромных размеров, пишет первый автор Иан Райт исследования, для разговора.
Эта идея была усовершенствована в 1960-х и 1970-х годах, когда ученые выяснили, что крупные листья могут перегреваться летом. Чтобы этого не происходило, они полагаются на транспирационное охлаждение - эквивалент работы пота. Эта модель помогла объяснить, почему листья пустынных растений были крошечными (они не могут позволить себе «потеть» из своей драгоценной воды), а листья растений в прохладных тенистых местах часто становятся большими.
Но исследователи все еще не могли адекватно объяснить все, например, изобилие видов крупных листьев, которые доминируют в жгучей жаре тропиков или крошечные листья растений, которые живут в более прохладных частях мира.
Чтобы разобраться в этих противоречиях, согласно пресс-релизу, глобальная группа ученых проанализировала листья 7670 растений из широт и экосистем по всей Земле. Принимая во внимание средние дневные и ночные температуры, количество осадков и влажность, исследователи нашли ряд правил, которые определяют максимальный размер листьев.
«Мы придумали новую структуру для моделирования того, как листья должны варьироваться по температуре, в зависимости от климата на месте», - говорит Райт Бриггсу. «То, что мы смогли показать, это, пожалуй, больше, чем половина мира, общие пределы для размера листьев намного больше определяются риском замерзания ночью, чем риском перегрева в течение дня».
Как сообщает Алиса Кляйн из New Scientist, предотвращение замерзания в ночное время или перегрева в дневное время является балансом между двумя факторами: площадью поверхности листа, которую он может использовать для транспирации (потоотделения), и размером его пограничного слоя, площадью неподвижный воздух, непосредственно окружающий лист, который действует как изоляция.
Поскольку крупные листья имеют более толстые изолирующие пограничные слои, им труднее поглощать тепло ночью, что делает их более восприимчивыми к холодным температурам. Пограничный слой также делает их непригодными для пустынного климата, где изоляция подвергает их риску перегрева в дневное время. Но большие листья могут выжить в тропиках, потому что с обильной водой они могут использовать транспирацию для охлаждения.
«По сути, это компромисс между тем, сколько они нагревают и сколько воды у них есть, чтобы охладиться», - говорит Райт Кляйн. «Эти новые знания помогают нам понять фундаментальный аспект того, как заводы работают».
Новое понимание динамики листьев может помочь палеонтологам реконструировать древний климат и экосистемы из окаменелостей листьев. Но эти новые знания могут также помочь исследователям понять, как растительность будет меняться по мере изменения климата, и какие виды могут быть уязвимы к спадам из-за изменения режимов дождя и температуры, говорит Кляйн, биолог по сохранению растений Эндрю Лоу из Университета Аделаиды.
Итак, этой осенью, когда листья начинают опадать с деревьев, взгляните на разнообразие форм и размеров. Это удивительное разнообразие произошло по причине.
