Размеры листьев фиксирует физика дерева
 Американские ученые предложили свое объяснение максимальной высоте деревьев и размера листьев растительных гигантов. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Листья деревьев могут иметь разнообразный размер, от маленьких до очень крупных. Но при увеличении высоты дерева, диапазон возможных размеров его листьев уменьшается. Десятка наиболее высоких видов имеет широкие листья размером 10 – 20 см. Ботаники до сих пор не могли объяснить эти наблюдения. На помощь им пришли физики из Harvard University и University of California (США), объяснившие эту загадку с помощью основных принципов тока жидкости внутри деревьев. Ученые разработали теорию, связывающую размер листьев и эффективность потока жидкости богатой сахарами через флоэмы «сосудистой системы» дерева.
Благодаря фотосинтезу, листья обогащают энергией жидкости, протекающие по флоэме в другие части дерева, такие как корни и плоды. Проходя через лист в направлении стебля, где жидкостям предстоит слиться в один поток, отдельные потоки набирают скорость за счет осмоса. Но, когда жидкость достигает ствола, она испытывает сопротивление, зависящие от высоты дерева. Задача ученых заключалась в оценке того, как высота дерева и размеры листьев вместе определяют скорость этого потока и, соответственно, эффективность того, как богатые энергией жидкости транспортируются через ствол.
Чем выше дерево, тем большее сопротивление испытывает поток. Увеличение размера листьев частично может скомпенсировать этот рост, но, в конечном счете, при дальнейшем росте дерева сопротивление становится настолько большим, что размер листа уже мало влияет на эффективность транспорта. Таким образом, после определенной высоты дерева увеличение размера листьев уже не несет никаких преимуществ. Получается, что «инвестиции» в рост листьев уже не возвращаются. С другой стороны, если листья окажутся слишком малы, они не смогут обеспечить достаточный поток жидкостей для существования растения.
Наблюдения ученых показали, что сформулированные ими уравнения хорошо описывают размеры листьев для многих видов деревьев. Кроме того, расчеты соответствуют проведенным ранее измерениям потока жидкости в растениях. Построенные исследователями кривые для максимального и минимального размера листьев при увеличении высоты дерева сходятся приблизительно на 100 метрах (что соответствует высоте самых крупных деревьев). Согласно представленной теории, если бы дерево могло вырасти выше этой точки, не существовало бы размера листа, который мог бы удовлетворить всем условиям, накладываемым на поток жидкости через ствол.
Также по теме:
- Ученые наблюдали «пустую» жидкость
- Для изучения реальных жидкостей ученые отслеживают перестановки в 2D-жидкостях
- Французские ученые смоделировали движение подводных лавин
- Разработан способ измерения минимального течения
- При каких условиях «рвется» жидкость
Источники: