Не останется и воспоминаний: как память деревьев поможет им пережить засуху

Что будет с лесами, когда мир станет еще теплее и суше? За последние 25 лет по всему миру деревья умирали от последствий климатических изменений. В Африке, Азии, Америке, Европе жара убивает растения, которые выживали веками.

Они тысячелетиями росли в климате, более влажном, чем последние 20 лет. Ученые, изучающие динамику жизни растений, в недавнем исследовании обнаружили, что деревья помнят времена, когда воды было много, и эта память продолжает влиять на их рост в течение многих лет. Это исследование вселяет оптимизм: молодые деревья, которые почти не видели осадков, сформировали свою структуру с учетом отсутствия воды и, следовательно, могут быть лучше приспособлены к выживанию в условиях постоянной засухи.

Это исследование было основано на почти двадцатилетнем изучении лесов в засушливой долине реки Роны в Шейцарских Альпах, где в 1990-его годы заметили гибель деревьев — умирали шотландские столетние сосны. Ученые задались вопросом: связана ли эта вырубка с засухой или другими климатическим факторами.

Чтобы понять это, исследователи из Швейцарского федерального института исследования лесов, снега и ландшафта разработали экологический эксперимент. Они начали орошать зрелый лес, удваивая количество осадков в летнее время и сравнивая, как живут те деревья, которым хватало воды, и те, которые испытывали постоянную нехватку влаги. Эксперимент показал, что на орошаемых участках деревья выживают. После 17 лет полива команда ученых обнаружила, что орошение не только помогает деревьям пережить засушливые времена, но и увеличивает скорость их роста.

Помнят ли леса?

Деревья, испытывающие засуху, изменяют свои листья, древесину и корни, приспосабливая их к продолжительным неблагоприятным условиям. Древесина такого дерева может иметь более мелкие клетки, а корни увеличиваются по сравнению с общей площадью листвы. Эти структурные изменения сохраняются после окончания засухи и продолжают влиять на рост дерева и его способность переносить стресс в течение многих лет. Этот эффект есть не что иное, как экологическая память о прошлом деревьев и лесов. Зная, что деревья сохраняют память о прошлых засушливых периодах, ученые заинтересовались, могут ли он демонстрировать и структурные изменения в ответ на прошлое, богатое влагой.

Через 11 лет после начала того орошения лесов в долине Роны ученые прекратили поливать половину участка, чтобы посмотреть, как отреагируют деревья. И еще десять лет спустя стало понятно, помнят ли они лучшие времена.

Листья на рентгене

Ранним мартовским утром 2023 года ученые Алана Чин и Маркус Шауб встретились в Пфинвальде, чтобы собрать образцы свежих веток и листьев и изучить признаки памяти о прошлом.

На лесном участке они забрались на вышки для доступа к кронам, чтобы собрать новые ветки и листья с деревьев, которые никогда ранее не поливались искусственно; с деревьев, которые поливались обильно каждое лето с 2003 года; с деревьев, которые не получали воды с 2013 года.

Образцы отвезли в лабораторию, где находится рентгеновский аппарат сверхвысокого разрешения, который позволяет заглянуть внутрь листьев и веток, не нарушая их структуру. Сканирование заняло всю ночь, но когда ученые, пошатываясь от усталости, вышли из здания, у них на руках были изображения, где каждая клетка запечатлена в мельчайших подробностях.

Память о воде

Исследователи обнаружили, что листья деревьев, которые поливали десять лет, отличаются от тех, которые получали влагу постоянно, и от тех, что росли в условиях засухи.

Листья участвуют в фотосинтезе, который обеспечивает выживание и рост деревьев. Внутри них ученые увидели наследие прошлого изобилия воды, выраженное в размере, форме и расположении клеток. Изучив этот клеточный сигнал, они обнаружили, что у деревьев, которые когда-то орошались, за счёт структур, повышающих продуктивность, появились все признаки хронического стресса из-за отсутствия воды — даже в большей степени, чем у деревьев, которые никогда не орошались. Изучив их анатомию, ученые поняли, почему эти деревья, которым в течение 11 влажных лет жилось легко, теперь растут медленно.

Каждая клетка листа требует компромисса. Деревья должны сбалансировать инвестиции в быстрый фотосинтез с другими процессами, способствующими выживанию листьев. Вместо того чтобы строить ячейки, используемые для сбора солнечного света и доставки сахара остальной части дерева, листья на поливаемых деревьях демонстрировали все признаки стресса от засухи, который оказалось возможным измерить.

После того как в течение 11 лет деревья получали дополнительную воду, а затем лишились её, они стали выпускать новые крошечные листья, которые в основном были направлены на выживание. Листья были устроены так, чтобы защищать деревья от насекомых и засухи, а также накапливать запасы воды. По сравнению с листьями деревьев, которые никогда не знали орошения, эти листья выглядели так, будто они находились в середине вековой засухи.

Хотя эта память о воде может показаться негативной, она, вероятно, когда-то помогала деревьям «учиться» на своем прошлом, чтобы выживать в изменчивой среде. Деревья, которые раньше поливались обильно, не знали, что люди сыграли с ними злую шутку. Как и деревья, переживающие изменение климата, они не могли знать, что вода больше не вернётся.

Для деревьев, испытывающих засуху, восстановление может означать достижение «новой нормы», при которой они готовы пережить следующую засуху с уменьшенными в размерах, а значит, менее уязвимыми клетками и увеличенными запасами энергии, чтобы «приберечь» их на будущее. У них могут быть более глубокие корни или меньшее количество листьев, что помогает подготовиться к нестабильным условиям.

Все, что не убивает

В некоторых лесах умеренного пояса, таких как те, которые изучались в Швейцарии, старые деревья когда-то знали обилие воды, а потом условия изменились из-за климата. Это прошлое изобилие, возможно, привело к структурным и эпигенетическим изменениям в деревьях, которые не соответствуют сегодняшнему более засушливому миру. Если это правда, то некоторые из сегодняшних разрушительных глобальных событий, связанных с гибелью деревьев, могут быть частично вызваны унаследованными последствиями обилия воды в прошлом.

Однако в большинстве лесов умеренного пояса в мире нынешняя когорта молодых деревьев — тех, что выросли за последние 15–20 лет, — сумела закрепиться в условиях, которые когда-то считались хронической засухой. Эти молодые деревья, пережившие бесконечный засушливый период, станут лесами будущего.

В целом, наши наблюдения в Пфинвальде дают нам основания надеяться, что молодые деревья, которые в настоящее время занимают их место во многих лесах по всему миру, могут быть лучше подготовлены к тому, чтобы справляться с миром, который создали люди. Изменения климата в последние десятилетия подготовили их к тяжёлым временам, когда памяти о воде вовсе не останется.

Сообщение Не останется и воспоминаний: как память деревьев поможет им пережить засуху появились сначала на Идеономика – Умные о главном.