Марк Тьюрин – Разговор деревьев: Как лес общается, сотрудничает и выживает (страница 4)

Четыре потока под корой

Чтобы не смешивать процессы, удобно рассматривать дерево через четыре вопроса.

Первый вопрос: что перемещается?

В ксилеме перемещаются вода и минеральные ионы. Во флоэме — сахара и другие органические вещества. В межклеточном пространстве могут распространяться гормоны, сигнальные молекулы и продукты обмена. Через клеточные мембраны проходят ионы, а по проводящим тканям распространяются изменения электрического потенциала.

Второй вопрос: куда направлен поток?

Вода движется от влажной почвы через корень к стволу и листьям, где испаряется. Сахара направляются от источников к стокам, поэтому флоэмный поток способен идти в разных направлениях на разных участках дерева. Корневые выделения попадают в почву и создают химический градиент вокруг корня. Электрические и химические сигналы могут распространяться от места повреждения к удалённым листьям, от листа к стеблю или между корнем и кроной.

Третий вопрос: что запускает движение?

Для ксилемы решающим двигателем обычно служит испарение и связанное с ним натяжение водного столба. Для флоэмы — различие концентраций растворённых веществ и давление, возникающее между участками загрузки и выгрузки сахаров. Для корневых выделений — обмен веществ в корне, доступность ресурсов и взаимодействие с микроорганизмами. Для быстрого сигнала — изменение состояния мембран, гидравлическое возмущение, повреждение или химический стимул.

Четвёртый вопрос: какой результат можно наблюдать?

Для воды результатом будут поддержание тургора, охлаждение листа, доставка минеральных веществ и рост. Для флоэмы — увеличение массы плода, рост побега, накопление запасов или восстановление ткани. Для корневых выделений — изменение свойств ризосферы, то есть почвенной зоны, непосредственно прилегающей к корням. Для сигнала — закрытие устьиц, перестройка фотосинтеза, включение защитных реакций или изменение распределения ресурсов.

Если на один из этих вопросов нет ответа, слово «сообщение» лучше пока не использовать.

Пошаговая мастерская: как увидеть невидимый транспорт

Полностью проследить движение веществ в живом дереве без лабораторной аппаратуры невозможно. Это не недостаток наблюдателя, а особенность самого объекта. Внутренний транспорт скрыт в тканях, зависит от погоды и меняется в течение нескольких часов. Поэтому полевой эксперимент должен не изображать точное измерение, а разделять прямое наблюдение, обоснованный вывод и предположение.

Лучше всего работать с молодым древесным растением в контейнере: саженцем яблони, берёзы, ивы или другого вида, уже привыкшего к местным условиям. На взрослом дереве можно наблюдать листья и ветви, но нельзя снимать кору, сверлить ствол или перетягивать ветвь. Повреждение проводящих тканей исказит результат и создаст риск для дерева.

Подготовьте весы, прозрачные лёгкие пакеты, бумажные бирки, линейку, термометр, полоски для определения кислотности почвы и блокнот. Инфракрасный термометр полезен, но необязателен. Перед началом опыта хотя бы несколько часов не меняйте резко освещение, полив и положение растения.

Шаг первый. Составьте карту потоков

Выберите здоровую ветвь с несколькими зрелыми листьями и одной молодой верхушкой. Отдельно отметьте корень, ствол, зрелые листья, молодой побег и, если есть, плод или цветок.

Теперь сформулируйте прогноз.

Вода должна идти от почвы к листьям через ксилему. Сахара должны образовываться в освещённых зрелых листьях и направляться к молодой верхушке, корням или плоду. Если почва сухая, а воздух жаркий и сухой, устьица, вероятно, начнут ограничивать испарение. Если участок листа повреждён, можно ожидать локальную и системную защитную реакцию, но её нельзя автоматически приписывать электрическому сигналу.

Запишите прогноз до начала измерений. Это защищает от распространённой ошибки: сначала увидеть любое изменение, а затем придумать для него объяснение.

Шаг второй. Отделите испарение от полива

Утром накройте почву в контейнере полиэтиленовой плёнкой или плотным пакетом так, чтобы вода не испарялась с поверхности субстрата. Не закрывайте ствол и не нарушайте воздухообмен у корневой шейки. На один зрелый лист наденьте прозрачный пакет, свободно закрепив его вокруг черешка. Пакет не должен сдавливать лист или нагреваться под прямым солнцем.

Через тридцать–шестьдесят минут проверьте, появились ли внутри капли или помутнение от влаги. Одновременно осмотрите незакрытые листья. Если на пакете образовался конденсат, это показывает, что вода вышла из листа в виде пара и осела на пластике. Источник влаги здесь — лист, а не почва непосредственно под пакетом.

Для более строгого сравнения взвесьте весь контейнер до и после опыта. Делать это нужно на точных весах и в одинаковых условиях. Масса уменьшится из-за испарения, если остальные пути потери воды изолированы. Разница между светлым и затенённым положением может показать влияние освещения, но её нельзя приписывать только устьицам: одновременно меняются температура листа, движение воздуха и влажность вокруг него.

Если конденсата много, это не значит, что дерево «отправило воду» в виде отдельного сообщения. Мы наблюдаем транспорт по ксилеме и выход воды через устьица и кутикулу. Если конденсата мало, это не доказывает полного закрытия устьиц: лист мог быть холоднее, воздух — влажнее, а пакет — хуже пропускать пар.

Шаг третий. Найдите источник и сток сахаров

Без специальных методов нельзя увидеть движение сахара по флоэме непосредственно. Однако можно построить рабочую модель по состоянию органов.

Зрелый освещённый лист обычно является источником. Молодой разворачивающийся лист, верхушка побега, цветок, плод и растущий корень обычно являются стоками. Запасающая ткань может менять роль в зависимости от сезона. Весной она отдаёт накопленные вещества, а летом и осенью принимает их.

Измерьте длину молодого побега и положение ближайших зрелых листьев. Если на растении есть плод, запишите его размер и состояние. Через несколько дней повторите наблюдение при одинаковом поливе. Данные будут грубыми, но позволят связать рост стока с возможным поступлением продуктов фотосинтеза.

Наблюдение можно дополнить простым опытом со светом: на несколько часов закрепить на части зрелого листа непрозрачную бумагу, не повреждая листовую пластинку. После снятия покрытия освещённую и затенённую зоны можно сравнить химическим тестом на крахмал, если под рукой есть подходящий лабораторный набор. Этот опыт показывает образование запасного углевода на свету, но не доказывает направление флоэмного потока. Крахмал внутри листа и транспорт растворимых сахаров — разные процессы.

Если после затенения рост побега не изменился, это не значит, что флоэмы нет. Одного листа может быть недостаточно, чтобы изменить общий баланс растения. Если изменение появилось, оно может быть связано не только с сахаром, но и с температурой, влажностью, гормональными реакциями или продолжительностью опыта.

Шаг четвёртый. Исследуйте зону корня без повреждения

Корневые выделения нельзя надёжно определить по внешнему виду почвы. Однако можно проверить, отличается ли ризосфера от участка субстрата, где корней почти нет.

В прозрачном контейнере с видимыми корнями выберите две зоны: непосредственно у тонкого корня и на таком же расстоянии от другого края, где корней не видно. Возьмите одинаковый объём почвы чистыми инструментами. Определите кислотность каждой пробы тест-полоской, а при наличии прибора — электропроводность водной вытяжки. Работайте с несколькими повторами: одна проба ничего не решает.

Различие покажет, что рядом с корнями изменились химические условия. Но оно не позволит сразу определить, какое именно вещество это вызвало. На кислотность влияют удобрения, состав воды, дыхание микроорганизмов, разложение органики и влажность. Корень мог изменить среду выделениями, поглощением ионов или воздействием на микробное сообщество.

Если показатель отличается только в одной пробе, повторите измерение. Если разница сохраняется в нескольких образцах, можно говорить об изменённой ризосфере, но не о намеренном послании конкретному организму. Для определения состава выделений нужны химические методы и контролируемые условия.

Шаг пятый. Наблюдайте быструю реакцию на водный стресс

Устьица способны менять состояние быстрее, чем успевает измениться внешний вид листа. В жаркий день лист ещё выглядит упругим, но испарение уже ограничено. Позже может появиться поникание, а при тяжёлом нарушении водного режима — повреждение тканей.

Выберите два похожих листа на одной ветви или две сходные ветви. Измерьте температуру листьев и отметьте освещение. Один участок оставьте в покое, другой на несколько минут поместите в более сухой и движущийся воздух, например рядом с вентилятором на слабом режиме, не допуская нагрева. Через пять–десять минут сравните температуру и повторите наблюдение с прозрачным пакетом.

Нагрев листа при уменьшении испарения может указывать на закрытие устьиц, но это не единственное объяснение. Солнце, цвет поверхности и поток воздуха тоже меняют температуру. Поэтому результат следует записывать так: «после воздействия температура листа выросла, одновременно конденсата стало меньше». Формулировка «дерево почувствовало угрозу» точности не добавляет.