Току-що открихме тайна черта, която може да помогне на секвоите да оцелеят при изменението на климата

(Джеймс Ю/Момент/Гети изображения)

Крайбрежните секвои са удивителни дървета, които учените са изучавали от поколения. Ние знаем, че са най-високите живи дървета и са оцелели хилядолетия, издържащ на огън и вредители .

Тъй като секвоите са дълголетни, големи и устойчиви на гниене, горите, в които доминират, съхраняват повече надземна маса и следователно вероятно повече въглерод , отколкото всяка друга екосистема на Земята.

Въпреки това, докато работите върху a наскоро публикувано проучване , колеги от Калифорнийски университет , Дейвис , и Кал Поли Хумболт и аз научихме тайна, която седеше точно под носа ни.

Оказва се, че секвоите имат два вида листа, които изглеждат различно и изпълняват много различни задачи. Тази неизвестна досега функция помага на дърветата да се адаптират както към мокри, така и към сухи условия – способност, която може да бъде ключова за оцеляването им в променящ се климат.

Просто достатъчно вода

Където и да растат дървета, рано или късно листата им се намокрят. За дървета във влажна среда това може да бъде проблем, ако има филми от вода покриват устицата им . Тези малки пори позволяват на въглеродния диоксид да навлезе в листата, така че дървото да може да го комбинира с вода, за да направи растителната тъкан през фотосинтеза .

Много дървета, които са общи за влажните гори, имат листа с адаптации, които предотвратява образуването на тези водни филми .

За разлика от това, дърветата, растящи в суха среда, се възползват от кратките периоди на влага на листата, за да поемат ценна вода директно върху повърхностите на техните листа, чрез специални структури на листа , и дори през техните устица .

Но някои дървета, включително крайбрежните секвои, живеят както във влажна, така и в суха среда с интензивни сезонни промени.

За широколистни дървета като горски дъб , който расте в средиземноморски климат със сухи лета и дъждовни зими, това предизвикателство за сезонна влажност е сравнително лесно за преодоляване. Техните устица са от защитената долна страна на листата им, което ги предпазва от вода, докато горните повърхности на листата абсорбират вода.

Но секвоите са иглолистни дървета, или конусовидни дървета, с тънка, плоска игловидна листа и се нуждаят от различен начин за балансиране на конкуриращите се цели за отблъскване и абсорбиране на вода.

Знаехме, че искаме да проучим как секвоите се справят с парадоксалното предизвикателство на влагата на листата, колко вода могат да абсорбират секвоите и кои характеристики на листата причиняват разлики в капацитета за поглъщане на вода.

Това, което научихме, беше пълна изненада.

Големи дървета с големи тайни

Учените отдавна знаят за секвоите способността да абсорбират вода през листата си . Но да се разбере колко вода секвоите могат да поемат по този начин и как капацитетът за това може да варира от един тип климат до друг, е истинско предизвикателство за този вид.

Първо, голяма секвоя има над 100 милиона листа с a огромно количество повърхностна площ за водопоглъщане. И тези листа променя драстично структурата с височината , преминавайки от дълги и плоски към къси и шиловидни. Така че не можем да направим това правилно, като просто берем листа на нивото на земята.

За да усложни още повече нещата, гравитацията винаги натиска надолу гигантския стълб вода, издигащ се нагоре през ствола на секвоя. В резултат на това листата на върха на дървото винаги има по-малко налична вода отколкото тези по-надолу.

Присъщата сухота на върховете на дървото трябва да изтегля вода в листата по-бързо, отколкото в богатите на вода листа в долната част, точно както сухата гъба поема вода по-бързо от влажната.

За точна картина на това как секвоите абсорбират вода, ни трябваха листа от дървета във влажна и суха среда и от различни височини на тези дървета.

За да ги отведем до техните естествени водни нива, базирани на гравитацията, за анализ, ние поставяме нашите проби от листа в a камера за мъгла – в този случай сандък с лед, свързан към стаен овлажнител – и измерва наддаването на тегло с течение на времето, за да види колко вода могат да поемат.

Следа от улики

Докато разделяхме групи от издънки на секвоя, за да ги потопим в мъгла, разделихме всяка група на парчета. Гроздовете от издънки на секвоя излизат като разклонители от дървесна сърцевина и са сегментирани на отделни издънки от множество възрасти, всяка със собствен набор от листа. Отделихме издънки заедно дървесната централна ос от много по-често срещаните гъвкави издънки по външните краища на всеки клъстер.

Бързо стана очевидно, че издънките от централната ос имат листа, които могат да абсорбират вода три пъти по-бързо от периферните листа. Когато погледнахме вътре в листата с микроскоп, разбрахме, че това са два напълно различни вида.

Те също не изглеждат същите отвън, но това беше толкова неочаквано, че трябваше да видим вътрешната им структура, за да се убедим наистина.

(Алана Чин/UC Davis)

Горе: Двете различни листа на секвоя. Периферният лист (вляво) се фокусира върху фотосинтезата, докато аксиалният лист (вдясно) е посветен на абсорбирането на вода.

Аксиалните листа бяха пълни с клетки за съхранение на вода, но тяхната флоема – тръби в листата, които изнасят фотосинтетични захари към дървото – изглеждаше блокирана и безполезна. Ако едно дърво има листа, общоприетата мъдрост е, че те са там за фотосинтеза, но ние се чудехме дали аксиалните листа имат различна цел.

С някои допълнителни измервания открихме, че аксиалните листа на секвоите са специализирани за абсорбиране на вода. Разликите между повърхностите на аксиалните и периферните листа, особено тяхното покритие с восък, причиняват разликите в техните скорости на водопоглъщане.

За разлика от аксиалните листа, периферните листа на секвоите имат восъчни повърхности с много устица. Това помогна да се обясни как те фотосинтезират през цялата година независимо от дългия влажен сезон в голяма част от текущото им местообитание.

Допълнителен анализ показа, че аксиалните листа на секвоите представляват само около 5 процента от общата площ на листата на дърветата и едва произвеждат достатъчно енергия чрез фотосинтеза, за да се поддържат. Но те допринасят до 30 процента от общия водопоглъщащ капацитет на дърветата.

Заедно тези два вида листа балансират дуелиращите изисквания за фотосинтеза и абсорбция на вода, позволявайки на секвоите да процъфтяват както във влажни, така и в сухи местообитания.

Използване на голям мащаб измервания на дървета и уравнения за оценка на листната площ на секвоя , изчислихме, че тези жадни гиганти могат да абсорбират до 105 паунда (48 килограма) вода през първия час на валеж, намокрящ листата им. Това се равнява на 101 халби бира.

Значението за секвоите

Разбирането на причините за вариациите в капацитета за поглъщане на листата от секвоя може да ни помогне да преценим разликите в способностите за поглъщане на вода сред дърветата и околната среда, сега и в бъдеще. Според мен това е потенциално най-полезната част от нашето изследване.

Секвоите променят своите два вида листа, за да отговарят на местния климат. Във влажните тропически гори в северната част на техния ареал, над окръг Мендочино, дърветата инвестират в по-малко от аксиалните листа, които са специализирани за абсорбиране на вода.

Тези листа са концентрирани в долните корони на дърветата, напускайки фотосинтетично високопроизводителни корони на дървета безплатно, за да увеличите максимално производството на захар на яркото слънце.

В сухите гори в южните покрайнини на ареала на секвоите, дърветата имат повече аксиални листа в върховете си, натоварени с вода.

Това им позволява да се възползват по-добре от по-кратките случаи на намокряне на листата, но това означава, че те фотосинтезират по-малко на листна площ от секвоите в по-влажните зони.

Способността на секвоите да променят типовете листа, за да съответстват на регионалните климатични различия, може да им помогне да се приспособят изменението на климата в ан все по-суха Калифорния .

Това би била добра новина за опазването на тези епични дървета и може да е обещаваща характеристика за изследване, докато учените се опитват свързване на черти за устойчивост на суша до регионалните различия сред популациите от секвоя.

Алана Чин , постдокторант по растителна екология, Швейцарски федерален технологичен институт Цюрих .

Тази статия е препубликувана от Разговорът под лиценз Creative Commons. Прочетете оригинална статия .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.