Деревья помнят более влажные времена, это позволяет им выживать без обильных дождей

За последние 25 лет деревья гибнут из-за последствий изменения климата по всему миру. В Африке, Азии, Северной и Южной Америке, Европе засуха, усиленная жарой, убивает деревья, которые выживали веками.

Старые деревья могли расти на протяжении целых тысячелетий, которые были более влажными, чем последние двадцать лет. В недавнем исследовании, результаты которого были опубликованы в American Journal of Botany, ученые,изучающие динамику леса, экологию и физиологию растений, обнаружили, что деревья могут помнить времена, когда воды было много. Эта память продолжает формировать их рост в течение многих лет после окончания влажных фаз.

Эти выводы вселяют оптимизм и говорит о том, что молодые деревья сегодня, которые никогда не знали осадков XX века, не формировали свою структуру вокруг обилия воды и поэтому могут быть лучше приспособлены к выживанию в хронически засушливом мире.

Работа ученых основана на почти двадцати годах лесных исследований в ответ на ранние признаки потери лесов в 1990-х годах в сухой долине реки Рона в Швейцарских Альпах. В то время ученые заметили, что деревья шотландской сосны, которые стояли около ста лет, уменьшались и умирали. Они задались вопросом, были ли засуха или другие климатические факторы причиной этой потери.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи из Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта разработали экологический эксперимент. Чтобы понять последствия засухи, они орошали зрелый лес, удваивая естественные летние осадки и сравнивая, как богатые водой деревья чувствуют себя в сравнении с теми, которые получают только естественные осадки. Эксперимент в Пфинвальде, начатый в 2003 году, показал, что деревья выживали лучше на орошаемых участках. После семнадцати лет орошения команда обнаружила, что это не только помогло деревьям пережить засушливые фазы, но и увеличило темпы их роста.

Деревья, испытывающие засуху, изменяют листья, древесину и корни таким образом, чтобы подготовить их к длительным засушливым условиям. Древесина в условиях засухи может иметь более мелкие клетки, которые менее уязвимы для будущих повреждений, а корни могут увеличиваться относительно площади листвы. Эти структурные изменения сохраняются после того, как засуха проходит, и продолжают влиять на рост дерева и его способность переносить стресс в течение многих лет.

Известные как «эффекты наследия», эти затяжные последствия после засухи представляют собой экологическую память о прошлых климатических условиях на уровне деревьев и лесов. Зная, что деревья сохраняют постоянную память о прошлых засушливых фазах, исследователи задались вопросом, могут ли они также демонстрировать структурные изменения в ответ на прошлые влажные периоды.

Спустя одиннадцать лет после начала летнего орошения в Пфинвальде ученые прекратили орошение половины каждого участка в 2013-м, чтобы решить этот вопрос. Ранее орошаемые деревья, которым на тот момент было около 120 лет, пережили длительный период орошения, но теперь эти времена изобилия закончились. Запомнят ли деревья? Спустя десятилетие ученые узнали и это.

Ранним мартовским утром 2023 года Алана Чин, доцентка кафедры физиологии растений в Калифорнийском политехническом университете имени Гумбольдта, и Маркус Шауб, руководитель группы по динамике леса и экофизиологии из Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта, встретились в Пфинвальде, чтобы собрать образцы свежих листьев и веток, исследовать их и поискать признаки долгосрочных последствий обилия воды в прошлом.

Ученые собрали образцы с контрольных деревьев, которые никогда не поливали; деревьев, которые поливали каждое лето с 2003 года; ранее орошаемых деревьев, которые не получали поливной воды с 2013 года. В Swiss Light Source рентгеновский аппарат с чрезвычайно высоким разрешением позволил заглянуть внутрь листьев и веток, не нарушая их структуру. Сканирование запечатлело каждую клетку в мельчайших подробностях.

Исследователи обнаружили, что новые листья деревьев, которые когда-то орошались, отличались от постоянно поливаемых и никогда не поливаемых контрольных образцов. Листья осуществляют фотосинтез, который подпитывает выживание и рост дерева. Внутри них можно было увидеть наследие прошлого обилия воды, записанное в размере, форме и расположении клеток. Читая эту клеточную подпись, ученые заметили, что за счет структур, способствующих производительности, ранее орошаемые деревья демонстрировали все признаки хронического водного стресса даже больше, чем никогда не орошаемые деревья. Их анатомия подсказала, почему деревья, которым было легко в течение одиннадцати дождливых лет, теперь росли медленно.

Деревья должны балансировать инвестиции в быстрый фотосинтез с другими, которые способствуют выживанию листа. Вместо того, чтобы строить клетки, используемые для сбора солнечного света и доставки сахара в остальную часть дерева, листья на деревьях, которые орошались, показали все признаки стресса от засухи.

Получая дополнительную воду в течение одиннадцати лет, а затем потеряв ее, деревья производили новые, крошечные листья, которые в основном инвестировали в собственное выживание. Листья были структурированы так, чтобы защищать себя от насекомых и засухи, а также сохранять запасы воды. По сравнению с листьями на деревьях, которые никогда не знали орошения, эти выглядели так, как будто они находились в середине засухи.

Хотя память о воде может показаться негативной, она, вероятно, когда-то помогала деревьям «учиться» на прошлых условиях, чтобы выживать в изменчивых условиях. Те, что ранее орошались, не знали, что люди сыграли с ними злую шутку. Как и деревья, переживающие изменение климата, они не могли знать, что вода не вернется.

Когда деревья переживают засуху, восстановление может означать достижение «нового нормального» состояния, в котором они готовы пережить следующую засуху с меньшими, менее уязвимыми клетками и увеличенными запасами энергии для «сбережения» на случай будущих засушливых периодов. У них могут быть более глубокие корни или меньший запас листьев для поддержки, что помогает им подготовиться к нестабильной среде.

В некоторых лесах умеренного пояса, например, тех, которые ученые изучали в Швейцарии, старые деревья когда-то знали уровни обилия воды, которые теперь исчезли из-за изменения климата. Это прошлое изобилие могло закрепить структурные и эпигенетические изменения в деревьях, которые не соответствуют сегодняшнему более сухому миру. Если это правда, то некоторые из сегодняшних разрушительных глобальных событий, ведущих к гибели деревьев, могут быть отчасти вызваны унаследованными эффектами прошлого обилия воды.

Однако в большинстве умеренных лесов мира нынешняя когорта молодых лесных деревьев — тех, что проросли за последние пятнадцать-двадцать лет, — сумела укорениться в условиях, которые когда-то считались бы хронической засухой. Эти молодые деревья, пережившие бесконечный сухой период, сформируют леса будущего.

Поддержать развитие блога можно на Boosty по ссылке.