чем питаются деревья ночью
Биологи выяснили, почему деревья растут по ночам
Швейцарские ученые и их коллеги из других стран Европы выяснили, что деревья растут лишь несколько часов в сутки и преимущественно — по ночам. Процесс ограничивает не доступность углеводов, а водный потенциал — сила, с которой растения удерживают влагу. Она связана с влажностью воздуха, пишет Phys.org.
«Самым большим сюрпризом стало то, что деревья росли даже в умеренно сухой почве при достаточно влажном воздухе. И наоборот, рост был небольшим, когда почва была влажной, но воздух был сухим», — сказал руководитель исследования Роман Цвайфель.
То есть сухой воздух замедляет рост деревьев серьезнее, чем сухая почва. Поэтому они и растут ночью, когда воздух более влажный. Все дело в том, что способность деревьев транспортировать влагу ограничена.
Как только воздух становится суше, деревья начинают за счет транспирации терять больше воды, чем поглощают их корни. В этот момент водный потенциал падает и рост прекращается, даже если есть углеводы.
Скорость роста дерева — 1-5 микрометров в час. Один микрометр — 0,001 миллиметра.
Она без остановки с высокой точностью измеряет радиус стволов деревьев и собирает информацию о влажности воздуха и почвы. В ходе исследования ученые собрали почти 60 миллионов единиц данных.
🎋 Ранее ученые из США выяснили, что коряги в затопленных лесах-призраках портят воздух парниковыми газами.
Что деревья делают ночью?
Репост
Казалось бы, странный вопрос – что делают деревья ночью. Просто стоят, как и днем, разве не так? А вот и нет. Ночью с деревьями происходит гораздо больше процессов, чем можно было бы подумать.
Логично думать, что растения растут медленными, устойчивыми темпами в течение круглых суток, но на самом деле процессы интенсивного роста у них запускаются поздно ночью, причем за несколько часов перед рассветом стебли растений растут быстрее всего.
Своими корнями растения впитывают воду, а затем, когда вода испаряется из листьев, она «тянет» другие молекулы воды за собой, чтобы заполнить пространство (явление, называемое «когезией»). Удлиненные тонкие капилляры деревьев, поглощающие воду, за день могут выходить из строя, если вода испаряется слишком быстро и в больших количествах, поэтому ночью деревья заняты восстановлением.
В 2016 году исследователи из Центра экологических исследований в Тихани, Венгрия, провели эксперимент: на две березы – одну в Австрии и одну в Финляндии – были направлены лазерные сканеры, чтобы измерить любые изменения их формы. Через два часа после захода солнца ветви берез стали опускаться, и к рассвету опустились на целых 10 см. Эффект опущенных ветвей вызван падением давления воды клетках растений. Некоторые растения даже сворачивают свои листья ночью и откачивают воду обратно в клетки у основания листа, а утром снова открывают. Таким образом деревья отдыхают – буквально спят, точно так же, как люди.
У растений нет центральной нервной системы, которая отвечает за то, что мы называем «сном», но у них есть циркадные ритмы, настроенные на 24-часовой цикл дня и ночи, даже если они постоянно находятся на свету. В течение дня ветви и листья тянутся вверх, силясь поймать как можно больше солнечного света. Но наполнение водой каждой клетки является энергоемким делом и не имеет смысла после захода солнца.
Деревья, как и все растения, живут благодаря процессам дыхания и фотосинтеза. При фотосинтезе происходит сложная химическая реакция между водой, углекислым газом и некоторыми минералами, в результате которой производятся сложные органические молекулы и выбрасывается остаток – кислород, который выделяется растениями в течение дня.
Мы используем кислород в качестве топлива для сжигания потребленной пищи – в частности, глюкозы – которую мы также получаем от растений, и это одна из причин, по которой они так важны для нас. Но глюкоза также является важным источником энергии для растений, и для ее сжигания им также необходим кислород. Следовательно, растения дышат примерно похожим с нами способом. Для дыхания не требуется свет, поэтому, когда дерево приостанавливает процесс фотосинтеза, оно продолжает «дышать» всю ночь, поглощая кислород и выделяя углекислый газ.
Конечно, деревья используют кислород не в таких количествах, в каких они его производят – растения обычно выделяют в четыре раза больше кислорода, чем им нужно для дыхания. По сути, получается, что деревья производят пищу в течение дня и потребляют ее ночью.
Некоторые растения ведут себя иначе, потому что неэффективное сочетание фотосинтеза и дыхания потенциально смертельно. Деревья в жарком климате должны сохранять воду, поэтому они не открывают свои устьица под полуденным солнцем. Чтобы избежать потери влаги, они открывают микроскопические поры только ночью и одновременно поглощают кислород и количество углекислого газа, необходимое, чтобы продержаться в течение дня.
В следующий раз, прогуливаясь в парке поздно вечером, прислушайтесь. Деревья вокруг вас расслабляются, опускают ветви, восстанавливаются, дышат. Не имеющие возможности сменить свою дислокацию, они стараются по максимуму использовать условия предоставленной им окружающей среды. Нам есть чему у них поучиться, не так ли?
Жизнь дерева
Деревья – это сложные организмы, которые способны из простых неорганических соединений создавать сложные органические, которыми потом питаются остальные (не зеленые) растительные организмы и животные. Для поддержания жизненных процессов растение питается и дышит. Известны два типа питания растений – воздушное и почвенное. Из воздуха растение получают углерод в виде углекислого газа, а из почвы воду и различные минеральные элементы. Поскольку в растениях содержится примерно до 45% углерода, воздушное питание имеет первостепенное значение.
В упрощенном виде, при воздушном питании растения поглощают из воздуха углекислый газ и, соединяя его с полученной из почвы водой, при помощи солнечной энергии, образуют простейший углевод – глюкозу и выделяют кислород.
При дальнейших жизненных процессах в клетках листа происходит усвоение других химических элементов, образуются более сложные органические элементы – крахмал, жиры и белки.
Во время дыхания происходит обратная реакция с поглощением кислорода и выделением углекислого газа и энергии, которая расходуется на жизненные процессы. Но на дыхание расходуется только часть созданных веществ, остальные используются на рост. Посадка деревьев, как правило, осуществляется в осеннее или весеннее время года. Однако посадка крупномеров проводится зимой. Мы выбираем лучшие крупномеры, обращаясь за ними в известны питомники растений Подмосковья.
Рост дерева не похож на рост животных и некоторых однодольных растений. Все ветви остаются на той высоте на которой они появились, и в высоту дерево увеличивается только в результате ежегодного появления нового главного побега. Увеличение толщины деревьев происходит за счет слоя клеток, находящегося под корой. Это особая образовательная ткань – камбий. В стеблях и корнях голосеменных и двудольных покрытосеменных растений благодаря деятельности камбия происходит рост по толщине.
Откладывая древесину, камбий в разные периоды года образует различные клетки. Весной, когда по древесине поднимается обильный восходящий ток воды и растворенных в ней минеральных солей, необходимых для построения тканей листьев и цветков, образуются преимущественно проводящие ткани, состоящие из тонкостенных, с большими полостями клеток. Это сравнительно рыхлый весенний слой. Во второй половине лета и осенью откладываются преимущественно механические ткани, состоящие из толстостенных клеток. Различия в плотности, а иногда и в окраске, позволяют сравнительно легко выделять слои древесины, образовавшиеся за год. Есть, правда, несколько древесных растений, у которых годичные слои мало заметны (береза, осина, тополь). Аналогичные слои откладываются и наружу, но они имеют меньшую толщину и потому их трудно отграничить друг от друга. Кроме того, значительная часть отложенных вначале слоев теряется после отслаивания верхних пластинок коры.
Отложенные слои древесины, как и луба, живут не долго. Пока они еще живые по ним проходит восходящий ток воды и минеральных веществ. После отмирания они служат хранилищем ненужных для жизнедеятельности растения веществ. Самая молодая, еще живая часть древесины, находящаяся непосредственно под корой, называется заболонью.
В центре ствола находится мертвая древесина. Если окраска ее изменилась, она носит название ядра, а древесина породы – ядровых. У ряда древесных пород (ели, пихты, осины и др.) центральная часть ствола по цвету не отличается от заболони. Такие породы называют заболонными, безъядровыми и т.п. У многих деревьев центральная часть стволов приобретает темную окраску под влиянием деятельности грибов – образуется что-то похожее на ядро. Такое ядро называют ложным.
Таким образом, в процессе роста у дерева ежегодно появляется новое кольцо древесины. Годичные кольца в зависимости от возраста дерева и условий его жизни имеют различную толщину.
Увеличение дерева в размерах получило название прироста. Обычно прирост определяют по высоте, диаметру и объему и по их величинам судят об эффективности различных мероприятий по уходу. В случае посадки крупномеров под приростом понимают размер побегов последних порядков – чем они больше, тем лучше чувствует себя дерево.
Спят ли деревья по ночам?
С помощью лазера ученым удалось проанализировать, как в ночное время движутся ветви березы (Betula pendula). Одно из деревьев, задействованных в исследовании, росло в Финляндии, другое — в Австрии. Наблюдения производились при отсутствии ветра и атмосферных осадков.
В работе использовались лазерные инфракрасные сканеры, которые на доли секунды высвечивали фрагменты кроны. Это позволило детально изучить движения буквально каждой ветки.
Как оказалось, ветки и листья березы в течение ночи заметно опустились, достигнув самого низкого положения за несколько часов до восхода. После этого процесс повернулся вспять — ветки начали подниматься.
«Мы обнаружили, что ветви повисают в ночное время. Если говорить точно, они опустились на 10 сантиметров (максимум). Заметим, что высота деревьев составляла около 5 метров», — рассказывает Эту Путтонен (Eetu Puttonen), сотрудник Финского научно-исследовательского института геодезии.
Ученым пока не ясно, «просыпались» ли деревья под действием солнечных лучей или они повиновались внутреннему циркадному ритму. Однако тот факт, что ветки начали подниматься еще до рассвета, свидетельствует в пользу второй гипотезы, о чем исследователи сообщили в журнале Frontiers.
Открытие не вызывает особого удивления, однако, по словам ученых, до сих пор никто не уделял должного внимания «сну» деревьев. Циркадные ритмы есть практически у всех организмов, в том числе у растений — любой садовод знает, что цветы закрываются на ночь, а некоторые деревья вечером сворачивают листья.
Знаменитый ботаник Карл Линней обнаружил, что цветы, помещенные в темный подвал, продолжают открываться и закрываться в соответствии с текущем временем суток. Чарльз Дарвин считал, что перемещение листьев и стеблей растений в ночное время обусловлено «сном». Однако исследования того времени касались в основном небольших комнатных растений. Работа финских ученых впервые затронула лесные деревья.
Как считают исследователи, провисание ветвей и листьев у берез в ночное время обусловлено изменением давления воды внутри дерева.
«Движение у растений связано с водным балансом отдельных клеток, который зависит от фотосинтеза», — отметил Андраш Злински (András Zlinszky), научный сотрудник центра экологических исследований Венгерской академии наук.
В дальнейшем Финские исследователи планируют проанализировать движение воды внутри деревьев и сопоставить эти данные с результатами лазерного сканирования.
Вас обманули! Деревья – не лёгкие планеты
Все мы очень любим растения, в особенности деревья. Когда где-то что-то вырубают, уничтожают лес, парк или аллею, люди возмущаются, говорят, что им будет нечем дышать, что деревья – это лёгкие города (и планеты).
На самом деле это заблуждение, потому что деревья хоть и выделяют кислород, но недостаточно для того, чтобы их вклад в состав земной атмосферы был ощутим. Кроме того, в процессе жизнедеятельности они сами этот кислород и поглощают.
Давайте посмотрим, как в действительности у деревьев обстоят дела с кислородом, на примере больших лесных массивов – скажем, лесов Амазонии.
В августе 2019 года, когда горели дождевые леса Амазонии, все газеты, политики, знаменитости и общественные деятели тиражировали один и тот же факт: бразильские леса производят 20% всего кислорода. Кто-то даже посчитал эти пожары угрозой для жизни на планете.
В реальности же деле вклад Амазонии в объём мирового кислорода совсем невелик. Согласно исследованию 2010 года, все тропические леса Земли отвечают за выработку 34% того кислорода, который производится на суше. На Амазонию приходится чуть меньше половины этих лесов, и они вырабатывают около 16% кислорода на суше, считает эколог Ядвиндер Мали из Института изменений окружающей среды Оксфордского университета.
Если учесть кислород, который вырабатывает фитопланктон в океане, доля тропических лесов Бразилии падает до 6-9%.
Но это ещё не всё. По ночам, когда фотосинтеза не происходит, подлые деревья начинают поглощать полученный днём кислород и выделять углекислый газ. Называется это клеточным дыханием. Мали и его исследовательская группа полагают, что деревья расходуют чуть больше половины того кислорода, который они же сами и произвели. Оставшуюся часть тратят тропические микроорганизмы, чтобы разложить мёртвые деревья и другую органику.
В результате вклад лесов Амазонии или любого другого биома в объём земного кислорода составляет около 0%, уверен британский учёный.
Специалист по атмосфере Университета штата Колорадо Скотт Деннинг говорит, что кислород, которым мы дышим, появился благодаря океаническому фитопланктону, который накапливал этот газ миллиарды лет. Кислород не пропал благодаря тому, что огромные массы планктона скапливались на дне морей, прежде чем до них добирались микробы. Иначе весь кислород был бы израсходован на разложение мёртвых организмов. По словам Деннинга, процессы, определяющие количество кислорода в атмосфере, происходят в течение длительных геологических периодов и не подвержены влиянию фотосинтеза.
Тем не менее, леса очень важны для охлаждения планеты, которое как раз и происходит за счёт извлечения углекислого газа из атмосферы. Поэтому учёные сравнивают их не с лёгкими, а с гигантским кондиционером, который смягчает последствия изменения климата на Земле.
Таким образом, глобально деревья никак не влияют на количество кислорода. Это же касается и наших городов. Если в городе не будет деревьев, не будет парков и аллей, количество кислорода от этого не изменится. Но роль кондиционера никто не отменял. Деревья охлаждают город, причём не только путём поглощения углекислого газа, но и просто за счёт тени, которую они создают. В результате температура на улицах с деревьями намного ниже, чем на улицах без деревьев:
Под деревьями комфортно гулять. Растения и зелень выполняют ещё и психотерапевтическую функцию, потому что человек вышел из леса, и ему гораздо приятнее находиться среди деревьев, чем среди бетонных коробок. Это наши первобытные инстинкты, поэтому мы стремимся добавить зелень в свой дом, нам хочется что-то сажать у себя на участке. Зелёный город – это в первую очередь комфорт. Деревьев в городе должно быть как можно больше! Но вот конкретно за кислород они не отвечают.