В меняющихся условиях, если листья тоже не могут измениться, будут ли гигантские секвойные рощи и другие старовозрастные хвойные леса подвергаться повышенному риску деградации? Если листья действительно изменятся, как это повлияет на деревья и экосистему в целом?
Чтобы ответить на эти вопросы, они опубликовали в недавнем выпуске Американского журнала ботаники «Фенотипическая пластичность листьев повышает устойчивость к водному стрессу и способствует гидравлической проводимости в высоких хвойных деревьях».«Анатомия листа часто рассматривается как устаревшая вещь для изучения, — признает Чин, — но современные аналитические инструменты позволяют анатомам расширять наши наблюдения».
Такой анализ позволяет исследователям использовать данные об изменении листьев для прогнозирования реакции всего дерева и экосистемы на экологические изменения.Чин и Силлетт взобрались на веревку, чтобы подняться и собрать образцы из-за крон пяти гигантских деревьев секвойи.
Пятеро находятся в горном лесу в Национальном парке Секвойя и являются частью текущих исследований этой и других исследователей. Как и все гигантские секвойи, у этих пятерок короткий вегетационный период, и они зависят от тающего снежного покрова в горах Сьерра-Невада в течение многих месяцев в году. Низкий снежный покров создает засушливые условия для деревьев. Даже во влажные годы перед гигантскими секвойями стоит непростая задача — проводить воду на сотни футов против силы тяжести, чтобы проводить процессы фотосинтеза.
Засуха может усложнить их работу.Могут ли они справиться? Какие черты заставляют листья функционировать при водном стрессе? Чин и Силлетт подозревали, что несколько характеристик, от диаметра стебля до сочности и количества волокон, могут сыграть свою роль.
В своих образцах исследователи измерили 18 структурных особенностей побегов и листьев. Они также манипулировали некоторыми образцами для эксперимента с индуцированной засухой, первыми разработав новый метод «запечатанного конца», заключающийся в погружении обрезанных концов образцов в воск, чтобы более реалистично вызвать физиологические реакции.Их анализ показывает, что листья гигантской секвойи по-разному реагируют на условия и изменения окружающей среды.
В целом анатомия листа больше зависит от наличия воды, чем от наличия света. Листья, растущие в самых «жестких», наиболее открытых местах наверху кроны, лучше приспособлены к водному стрессу, чем листья в нижней части кроны. Структуры внутри листьев, называемые трансфузионной тканью, у гигантских листьев секвойи на удивление велики и, кажется, способствуют протеканию воды через лист. Все эти характеристики повышают способность гигантской секвойи расти большими и высокими благодаря целевым инвестициям для решения проблем, связанных с водным стрессом.
Из этого исследования мы теперь знаем, что листья верхней и нижней кроны гигантских деревьев секвойи различаются по прочности и сочности. Листья в верхней кроне имеют больше волокон, которые обеспечивают структурную поддержку и позволяют листу вступить в 20 или 21 год. Когда листья действительно отмирают, из-за их прочности они должны разлагаться медленнее, чем листья из нижней кроны.
Таким образом, они замедляют углеродный цикл — накопление и высвобождение углерода — для системы. Листья в верхней части кроны более сочные, чем листья в нижней части, отчасти потому, что они содержат больше трансфузионной ткани. Эти ткани накапливают воду и во время водного стресса способствуют сопротивлению разрушению клеток. В то время как у высоких хвойных деревьев обычно имеется переливная ткань в верхних листьях кроны, поперечные сечения листьев гигантской секвойи верхней кроны, измеренные в этом исследовании, содержат в три раза больше трансфузионной ткани, чем листья супервысокого родственника гигантской секвойи Sequoia sempervirens. секвойи побережья.
Ткань для переливания крови гигантской секвойи эффективно «растягивается» по большей части ширины листа.Более того, согласно Чину и Силлетту, перелитая ткань также накапливает тепло и стимулирует транспирацию.
Это достигается за счет улавливания излучения изнутри листа и испарения воды — мало чем отличается от систем охлаждения в нашей повседневной электронике. Поры или устьица гигантских секвойи на поверхности и снизу верхних листьев кроны предоставляют широкие возможности для диффузии пара. Использование тепла для увеличения скорости движения воды позволяет этим деревьям использовать «узкие дневные окна» для фотосинтеза в течение короткого лета в горах Сьерра.
Чин говорит, что адаптация к «транспирации, вызванной излучением, может помочь этим массивным деревьям« собирать сено, пока светит солнце », благодаря быстрой гидравлической пропускной способности».Соавторы были «поражены» анатомией гигантского листа секвойи, который «указывает на способность реагировать на местные сигналы окружающей среды» и способствует исследованию воздействия изменения климата на лесные экосистемы.
Кроме того, Чин говорит, что новый метод запечатанного конца полезен для множества приложений, включая параллельное сравнение реакции на засуху. Возможно, наиболее многообещающим является применение в сельском хозяйстве: «Если бы фермер хотел выбрать, какое из своих деревьев вырастить, — утверждает Чин, — он мог бы определить их относительную устойчивость к острому водному стрессу, не нуждаясь в чем-либо более изысканном, чем секатор и кадка с растопленным». воск ".