Наука о деревьях называется: Наука о деревьях называется. Декоративная дендрология как наука. Самое большое дерево

Содержание

Как деревья «обманывают» законы физики — Троицкий вариант — Наука

Самая высокая секвойя (Калифорния)Юлия Черная

Именно так называлась очередная лекция, прошедшая в рамках проекта «Открытые лекции Института цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН». «Возможно, моя лекция даст вам больше вопросов, чем готовых ответов, — предупредил собравшихся слушателей в начале своей лекции канд. биол. наук, ст. науч. сотр. ИЦиГ, преподаватель НГУ Алексей Дорошков, — что, на самом деле, естественно для науки. Кроме того, хочется обратить внимание собравшихся, что многоклеточность в ходе эволюции появлялась несколько раз. И растения — совершенно независимая относительно животных эволюционная ветвь такого существования». Первое отличие между животными и растениями, которое, скорее всего, смутно вспоминается нашим читателям из школьного курса, — это наличие клеточной стенки у растений. «Клеточная стенка растений — это далеко не просто структура, отделяющая внутренность клетки от остального мира. Она может быть не только утолщена, но и занимать больше пространства, чем сама клетка, она участвует в транспорте и в множестве других процессов — это полноценный „внешний органоид“», — подчеркивает Алексей. Движение веществ по клеточным стенкам разных клеток называется апопластным транспортом. Внутреннее содержимое разных клеток, соединенное через специальные каналы в клеточной стенке, у растений составляет симпласт. Соответственно, транспорт питательных веществ по симпласту называется симпластным. Третий существующий у растений вид транспортных путей — трансмембранный (проходит и по клеточным стенкам, и по симпласту). Как же именно растения, имея эти три транспортные системы, умудряются перехитрить известные нам законы физики? Об этом Алексей и рассказал в своей лекции.

Секвойя и Эванджелиста Торричелли

Алексей Дорошков

Растения потребляют огромное количество воды. В реакции фотосинтеза на каждую молекулу СО₂ приходится по одной молекуле воды. Но при этом, тратя одну молекулу на фотосинтез, сотни молекул растение испаряет из устьица. 90% деревьев (высотой до 21 м) испаряют в день от 10 до 200 л воды! (Wullschleger et al., 1998) Всё это огромное количество жидкости поднимается по ксилеме (сосудистой ткани растений), используя пассивные физические механизмы. Клетки каналов ксилемы мертвые и полые, что устраняет препятствия со стороны клеточных мембран и протопластов.

Благодаря опытам Торричелли, известным из школьного курса физики, мы знаем, что всасывающий насос может поднять воду в трубке на высоту чуть более 10 м. При этом самое высокое растение из существующих на сегодняшний день — вечнозеленая секвойя (она растет в Калифорнии). Ее высота — 112,7 м! Как же деревьям удается обмануть законы физики? Если рассуждать логически, то увеличить высоту поднятия воды могли бы помочь уменьшение плотности атмосферы (но над этим отдельно взятая секвойя не властна), уменьшение вязкости жидкости, которую надо поднять, уменьшение диаметра капилляра и увеличение смачиваемости стенок капилляров.

«Парадокс в том, что деревья делают вещи прямо противоположные здравому смыслу, — отмечает лектор. — В ходе эволюции вязкость раствора возрастала, смачиваемость стенок каналов в древесине неравномерная, присутствуют гидрофобные участки (нам пока неизвестно зачем). С увеличением роста и размера дерева диаметр капилляра увеличивается».

Примерно сто лет назад ирландские ученые Генри Горацио Диксон и Джон Джоли выдвинули теорию, объясняющую этот парадокс (по-английски она называется Cohesion-tension theory). Диксон и Джоли предположили, что в движении соков деревьев по ксилеме огромную роль играют когезия (притяжение молекул, в том числе водородные связи), поверхностное натяжение и перепады давления, которые появляются из-за испарения воды листьями. Фактически получается, что устьица, испаряя воду, создают своеобразный вакуумный насос, а вода, путешествуя по симпласту, ведет себя как одна очень длинная молекула. Но если мы попытаемся загнать воду на ту же высоту снизу, то у нас ничего не получится. Очень важно и то, что ксилемные каналы «рождаются» полными воды.

Air-seeding theories в некотором смысле объясняют, как вода в ксилеме не закипает. Вода закипает при температуре 20 °C при абсолютном давлении 2,3 кПа (или –99 кПа относительного давления). Чтобы поднять жидкость на высоту 100 м, нам нужно падение гравитационного давления ниже –1 МПа. В реальности такой разницы давления достигают и невысокие деревья (из-за более сухой почвы и сил трения). Почему же вода в капиллярах не кипит? Ученые предположили, что жидкость в древесных капиллярах пребывает в метастабильной жидкой фазе.

Кроме того, вода в этой системе должна обладать аномально высокой текучестью, иначе бы она не смогла проходить через мембраны. Такое качество у воды в почве и в растительных сосудах предполагалось ранее из общих соображений физики. Например, докт. физ.-мат. наук Генрих Ходаков высказывал такое предположение в 2007 году. К сожалению, его статья была опубликована только на русском языке. В 2015 году профессор Калифорнийского университета Йочен Шенк (Jochen Schenk) и его коллеги обратили внимание на то, что при продвижении жидкости из ксилемы в проводящую систему других тканей через клеточную мембрану должны возникать многочисленные микропузырьки. Они предположили, что именно эти «nanobubbles» и приводят к появлению свойства гигантской текучести (Schenk et al., 2015). Есть предположение, что с их появлением уменьшается плотность жидкости. Более того, хоть мы и не знаем до конца, как это работает, возможно, у пор есть свой липидный слой, который помогает разбивать пузырьки воздуха на пузырьки наноразмера и демонстрирует высокую липидную активность. Профессор Гавайского университета Джинлонг Янг (Jinlong Yang) с коллегами пришел к выводу, что липидные пленки ксилемы в естественных условиях находятся в диапазоне от неравновесных метастабильных состояний сжатия до состояния ненасыщенного расширения, в зависимости от локальных площадей поверхности границ раздела газ/жидкость. Это же исследование показало, что диаметр пор в реальности гораздо меньше, чем предполагалось раньше (Yang et al., 2020).

Вывернутый кишечник и стресс

Рисунок из статьи «Plant xylem hydraulics: What we understand, current research, and future challenges»
(A) Схема водяного столба от почвы до клеток листа.

(B) Поперечное сечение листа, показывающее, что скорость испарения из клеточных стенок листа (и, следовательно, потенциал поглощения CO₂) в значительной степени контролируется апертурой устьичных замыкающих клеток (Gc).
(C) Испаряющаяся поверхность клеточной стенки листа.
(D) Мениски воздух-вода удерживаются поверхностным натяжением и гидрофильным материалом клеточной стенки.
(E) Крупный план единственного мениска, иллюстрирующий происхождение капиллярной тянущей силы.
(F) Адгезия воды к стене (горизонтальные красные стрелки) фиксирует края мениска. Испарение (пунктирные синие стрелки) заставляет мениск отступать, увеличивая площадь его изогнутой поверхности. Поверхностное натяжение сопротивляется кривизне, оттягивая мениск обратно к его равновесной поверхности, тем самым создавая тянущую силу, которая снижает давление жидкости за мениском. Трубопроводы в ксилеме соединены друг с другом через ямы, которые создают сопротивление потоку, но обеспечивают безопасность системы.

(G) Если воздух попадает в эти каналы, капиллярные силы недостаточно сильны для удержания водяного столба, потому что диаметры каналов слишком велики, и
(H) вода отступает в прилегающие ткани, и сосуд становится эмболизированным и нефункциональным для транспортировки воды.
(I) Ямочные «мембраны» из модифицированного материала первичной клеточной стенки предотвращают распространение воздуха по сети ксилемы, создавая те же капиллярные силы, что и мениски клеточных стенок мезофилла.
(J) Поперечный разрез корня, детализирующий поток воды из почвы в ксилему корня.
(K) Деталь воды, удерживаемой в почве теми же капиллярными силами, которые тянут воду вверх по растению. Сплоченность/натяжение — это перетягивание каната воды капиллярными силами листа против почвы.

Еще одно важное отличие растения от животного, наверное, назовет даже дошколенок. Растения не могут сбежать от стресса, мигрировать в более благоприятные условия, как животные. А значит, и сопротивляться они должны уметь большему количеству факторов. Логично предположить у растений великолепно отлаженную систему, которая может обеспечить всасывание и транспорт самых разных веществ в зависимости от ситуации. При этом вода и питательные вещества всегда доступны растению в концентрациях, резко отличающихся от реальной потребности. Прия Рамакришна (Priya Ramakrishna) из Женевского университета и ее коллеги считают, что с резкой разницей между доступностью и требованиями растения справляются благодаря архитектуре корня, похожей на вывернутую кишку (Ramakrishna, Barberon, 2019). Как и в кишечнике, в корнях избирательная всасываемость и диффузионный барьер разделены между двумя клеточными слоями: эпидермисом на периферии корня и энтодермой (самый внутренний слой кортикальных клеток вокруг сосудистой сети).

Знаем, что ничего не знаем

«В целом работа активных транспортеров в мембране клеток у растений принципиально не отличается от таковых у других живых существ, — отмечает Алексей. — Важное отличие в том, что растения создают свои транспортеры для каждого слоя клеток, для каждого полюса, да еще и по несколько разных видов для каждого типа клеток. То есть у растений мы нередко наблюдаем создание новых генов для выполнения функций в отдельно взятой клетке или ткани. Это одна из характерных особенностей эволюции растительных организмов. У нас, позвоночных, в особенности теплокровных, эволюция особо активно использует дифференциальную регуляцию генов в зависимости от места экспрессии: один и тот же ген в разных клетках просто работает по-разному».

Проблему с миграцией вынуждены решать не только организмы целиком, но и отдельные клетки. Клетки животных более гибки и способны мигрировать по организму. Растительные клетки лектор сравнивает с жестким ящиком, внутренняя часть которого плотно заполнена содержимым клетки под давлением. Ни о какой миграции клеток при таком строении и речи быть не может. Как же тогда у растений закладываются сложные органы, где нужны слои разных тканей? Просто каждая отдельно взятая клетка в массиве ткани (если там нет стволовых клеток и свободного пространства) должна появиться вместе с ним: орган должен развиваться равномерно во времени. Смену слоев в стволе дерева мы можем рассматривать как некую летопись его жизни: все пережитые стрессы сохранятся, как на ленте большого живого самописца. Самый известный пример — это, конечно, годичные кольца ствола дерева. Но это правило работает для многих органов растений. Например, лист злака точно так же «ведет запись». Только если ствол отрастает снаружи (стволовые клетки находятся в камбии), то стволовые клетки листа злака расположены в основании листа. То есть у растений присутствуют все временные точки с рождения органа до его смерти. «И это очень круто! — комментирует Дорошков. — Для получения динамики развития транскриптома (это метод, позволяющий отследить изменения в экспрессии генов) необходимы пробы, полученные в разное время, часто пробы из зародыша на разных сроках развития. У растения, исследуя орган в нужную фазу развития, мы можем получить сразу клетки от самых старых до самых молодых».

Конечно, в исследовании растений есть свои сложности. Недаром методы работы с изолированными единичными клетками (single-cell транскриптомика, геномика и т. п.) были применены к растениям лишь в 2019 году. При этом животные активно исследовались этим методом уже с 2013 года. Клетки растений долгое время не получалось достаточно быстро дезагрегировать. «Если продолжить мою метафору, то нам нужно было научиться вытаскивать нежное содержимое, плотно лежащее в деревянном ящике, это содержимое никак не повредив, — объясняет лектор. — При этом процесс разрушения ящика должен быть очень быстрым».

Корень растений к моменту появления single-cell методов был уже хорошо изучен и идеально подходил для их апробации. «Многие маркерные гены были известны заранее, все изменения в транскрипции генов, которые мы ожидали увидеть, мы увидели. Так что эти работы не дали нам новой информации, но были очень важны», — отмечает Алексей. (Tian-Qi Zhang et al., 2019.)

В 2020 году Джеймс В. Саттерли, Джош Стрэбл и Майкл Дж. Скэнлон опубликовали свое исследование побега кукурузы тем же методом. «Апекс (верхушку побега) изучать очень сложно, изучен он, соответственно, хуже. И в этой работе было описано много новых генов», — рассказывает Алексей. В тот же год был исследован початок кукурузы, а сам Алексей с коллегами опубликовал работу о росте клеток в листе злаковых, а сейчас проводит эксперименты с транскриптомикой одиночных клеток растущих листьев. «Мы получили вполне ожидаемый вид распределения клеток в пространстве экспрессии генов — стволовые клетки оказались расположены ближе к центру области, а дифференцированные — в отдельных кластерах по периферии. Неожиданным было то, что типов клеток оказалось больше, чем нам известно».

Но самой прорывной работой в этой области Алексей Дорошков считает исследование, опубликованное в августе 2021 года в Journal of integrative plant biology (Hui Li et al., 2021). «Во-первых, коллеги исследовали древесину. А дезагрегировать древесину очень сложно. Честно говоря, до их работы это считалось просто невозможно, — не сдерживает восхищения лектор. — Типов клеток опять же оказалось гораздо больше, чем ожидалось. И это прорывная работа, которая меняет наши представления о том, как вообще дерево организовано».

Авторы провели верификацию всех обнаруженных маркерных генов. Фактически провели качественную оценку распределения экспрессии генов по всему срезу древесины. «До этого исследования мы, по большому счету, выделяли лишь клетки сосудов, клетки-спутники и остальной массив (авторы не исследовали слои, идущие наружу от камбия включительно). Теперь же мы знаем, что есть много типов фибриллярных клеток, много типов сосудов. Это заставляет думать, что древесина и, в частности, транспортная система дерева работают гораздо сложней, чем кажется».

Трихоплаксы, гребневики и другие курьезные персонажи

Алексей Дорошков

Во время вопросов из зала профессор Бородин, организатор лектория, пошутил: «Дорошков, я стесняюсь спросить, чем вы не занимаетесь». Я после лекции решила не стесняться и задать похожий вопрос: «Чем же вы еще занимаетесь?» Для подробного ответа мы отправились в кабинет Алексея.

«Это у нас трихоплаксы. В той подсвеченной емкости мы для них водоросли выращиваем. А это мы специально термостат купили. Но им не понравилось… Пока не знаю почему». Потом, слушая Алексея, я думала, что на примере этих трихоплаксов (миллиметровых многоклеточных морских животных) ясно видно его отношение к жизни и к исследованиям: если уж завел трихоплаксов, то почему бы для них и водоросли не выращивать; если термостаты не подошли — надо разбираться почему.

— Расскажите, пожалуйста, о ваших коллегах. У вас отдельная лаборатория в ИЦиГ?

— Мы с коллегами — прикольная молодежная группа. Это, пожалуй, самое точное определение. Часть группы работает в ИЦиГ, часть в НГУ. Возможно, удастся организоваться в отдельную лабораторию. Изначально мы развивались в лаборатории эволюционной биоинформатики и теоретической генетики отдела системной биологии и, смею надеяться, смогли развить системный взгляд на проблему и свой особый подход к решению задач. Сейчас пишем гранты и работаем на базе разных лабораторий. На наше счастье, РНФ (а ранее РФФИ) считает наши идеи красивыми и важными, поддерживает наши начинания. Конечно, активно взаимодействуем и с другими институтами и нашим университетом — НГУ.

— И чем же вы занимаетесь?

— Вдохновляют нас не только растения. Пожалуй, основной вопрос, вокруг которого мы строим свои исследования, можно сформулировать так: как самоорганизуются клеточные системы? Искать ответы можно, используя очень разные модельные организмы.

— А сейчас какие исследования проводит ваша группа?

— Так быстро в двух словах и не скажешь… Расскажу об исследовании растений. Мы помещаем растения в стрессовые условия, а затем наблюдаем изменения в транспортной системе и в экспрессии генов. Для исследования мы выбрали злаковые. У них структуры листа растут базально и формируются фактически как конвейер. То есть лист злака — это своеобразная запись самописца. На каждом листе единомоментно присутствуют разные стадии, и если на растение было оказано какое-то воздействие, то мы это можем увидеть. Во время воздействия стрессовых условий мы проводим неинвазивные исследования, а когда растение выводится из эксперимента — подробно изучаем структуру, ферменты, экспрессию генов и т. д. Мы пытаемся собрать информацию на разных уровнях организации, чтобы максимально точно реконструировать изучаемую живую систему. На самом деле, очень интересные изменения наблюдаются даже на уровне светового микроскопа. Кукуруза — это растение с С₄-фотосинтезом (первым продуктом связывания углерода для такого типа будет четырехуглеродная щавелевоуксусная кислота). И у кукурузы световая и темновая фазы фотосинтеза идут одновременно, просто в двух разных клетках! И если с биохимической механикой этого процесса нам всё более-менее понятно, то как эта система работает после стресса, как координирована работа этой системы — пока большой вопрос.

Параллельно мы занимаемся эволюцией клеточных типов у растений и животных. Когда студент читает про клеточные типы в учебнике, он хорошо представляет, что это: вот нервная клетка, вот мышечная — всё понятно. Как только начинаешь изучать подробнее, быстро понимаешь, что деление на типы весьма условное. Какие-то клеточные типы друг в друга динамично переходят, другие переходить не могут, разные определения видят в группе клеток то несколько типов, то один. Более того, клетки одного типа могут не соответствовать друг другу у разных видов. По этому поводу у нас запущено сразу несколько направлений работы. Начали работу по изучению эволюции клеток миелоидного ряда (клеток врожденной иммунной системы). Интересно понять, насколько они гомологичны у разных многоклеточных животных.

Еще один блок исследований связан с регенерацией у животных. Интересно понять, как это устроено у разных видов. Большинство исследований в этой теме сконцентрировано вокруг билатерий. Билатерии — это таксономическая группа, которая включает и нас с вами, и муху дрозофилу. Но на самом деле это только одна из эволюционных линий многоклеточных животных. В реальности у нас с мухами базовые типы клеток очень похожи. В текущем виде функциональное деление клеток на большие группы произошло еще на уровне нашего общего предка с мухами. Этот предок уже был достаточно сложно устроен, имел и нервные клетки, и мышечные, и даже клетки выделительной системы. У современных его потомков основные типы клеток те же, потому что именно такие были у предка. Это ничего не говорит об оптимальности этого разделения. При этом мы можем изучить альтернативные варианты. Существуют потомки по крайней мере четырех альтернативных эволюционных ветвей, которые произошли от более примитивного предка с минимальной дифференцировкой тканей. У нас, билатерий, есть сестринская группа — стрекающие (медузы, полипы). И более базальные таксоны — гребневики и трихоплаксы, наш с ними общий предок жил более 700 миллионов лет назад.

Ошибочно может показаться, что гребневики похожи на медуз. На самом деле к медузам они так же близки, как и к нам. При этом на их примере мы можем посмотреть, как жизнь еще раз независимо придумала симметрию, строение и поведение. Некоторые гребневики — животные хищные, со своим поведением, активно плавающие. Это невероятный разнообразный таксон! Симметрия тела гребневиков весьма своеобразна и является двухлучевой, т. е. через тело гребневика можно провести две воображаемые взаимно перпендикулярные плоскости. У нас с вами правая и левая половина — зеркальные, а у гребневиков — идентичные! У них тоже органы парные, но если бы мы были гребневиками и левый глаз у нас смотрел бы вперед, то правый располагался бы с другой стороны — на «затылке». У такой организации свои нюансы. Интересно посмотреть на работу генов, на то, как именно задается эта симметрия. Мы же собираемся посмотреть, как они организовали свою регенерацию. А она у них просто фантастическая! При потере 20% тела гребневик может восстановить повреждение сложноорганизованного тела с разными типами тканей всего за 48 часов. Они способны восстановиться, если их разрезать пополам. При этом в норме вегетативно они не размножаются. Развитая способность к регенерации — это приспособление к жестокому миру моря.

Японское море. Бухта Рудная. Гребневик. Фото Андрея Шпатака

Трихоплаксы — это еще один не менее интересный таксон, с которым мы работаем. Может, они и не устроены настолько сложно структурно, при этом способны координировать движение своего тела (хоть и похожи на большую многоклеточную амебу), реагируют на раздражители, мы видим несколько паттернов поведения и т. д.

Относительно недавно нашли интересное многоклеточное — протиста на гребневике. Похоже, он независимо развивает свою многоклеточность. Сейчас готовится к выходу статья с его описанием как нового подвида. Беда в том, что подобные организмы очень мало изучены. Возможно, это вообще отдельный вид или даже род. Если со временем накопится достаточно молекулярных данных для представителя вида, к которому мы его отнесли по морфологическим признакам, сможем узнать точно.

В общем, нам интересны разные курьезные персонажи, которые помогают понять работу клеток, многоклеточность и самоорганизацию.

Литература

Martin D. Venturas, John S. Sperry, Uwe G. Hacke. Plant xylem hydraulics: What we understand, current research, and future challenges // Journal of integrative plant biology, 2017
(doi. org/10.1111/jipb.12534).

H. Jochen Schenk, Kathy Steppe, Steven Jansen. Nanobubbles: A new paradigm for air-seeding in xylem, // Trends in Plant Science, 2015
(doi.org/10.1016/j.tplants.2015.01.008).

Jinlong Yang, Joseph M Michaud, Steven Jansen et al. Dynamic surface tension of xylem sap lipids // Tree Physiology, April 2020
(doi.org/10.1093/treephys/tpaa006).

Tian-Qi Zhang, Zhou-Geng Xu, Guan-Dong Shang, Jia-Wei Wang. A Single-Cell RNA Sequencing Profiles the Developmental Landscape of Arabidopsis Root // Molecular plant, 2019 (doi.org/10.1016/j.molp.2019.04.004).

Hui Li, Xinren Dai, Xiong Huang, Mengxuan Xu, Qiao Wang, Xiaojing Yan, Ronald R. Sederoff, Quanzi Li. Single-cell RNA sequencing reveals a high-resolution cell atlas of xylem in Populus // Journal of integrative plant biology, 2021 (doi.org/10.1111/jipb.13159).

Wullschleger Stan, Meinzer F. , Vertessy, Robert. A review of whole-plant water use studies in tree // Tree physiology, 1998 (doi.org/10.1093/treephys/18.8–9.499).

Priya Ramakrishna, Marie Barberon. Polarized transport across root epithelia // Current Opinion in Plant Biology, 2019 (doi. org/10.1016/j. pbi.2019.05.010).

См. также:

ИЗМОРОЗЬ И ИНЕЙ, ГОЛОЛЕД И ГОЛОЛЕДИЦА

Но надо знать и честь: полгода снег да снег,
Ведь это наконец и жителю берлоги,
Медведю, надоест…
А. С. Пушкин. «Осень»

Не каждое дерево способно выдержать такую многотонную пушистую шубу. Но она из-за ничтожно малой плотности гололедно-изморозных образований все же несколько легче, чем кажется.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Так начинают расти кристаллы изморози.

Морозные узоры в доме на оконном стекле.

После тумана грянул мороз… Если не будет сильного ветра, то дерево выдержит такую нагрузку от гололедно-изморозных отложений.

Конфигурация гололедно-изморозных отложений на горизонтальных (А) и вертикальных (В) стержнях диаметром 5 мм.

Условные, но часто встречающиеся гололедные отложения на проводах: А — диаметр провода; В — наибольшая длина отложения; С — наибольшая ширина отложения.

‹

›

Открыть в полном размере

Зима у нас в России и вправду холодная и уж очень длинная. Но зато как красива! До чего хороши бывают погожие, ясные морозные деньки.

Да и нельзя сказать, что зимой у нас только снег да снег. Метеорологи различают удивительно много зимних образований: зернистая изморозь, кристаллическая изморозь, мокрый снег, замерзшая роса, иней, инеевые цветы…

Возникновение и рост всех их связаны с процессами кристаллизации переохлажденных капель дождя, мороси, тумана. Общность происхождения роднит, делает похожими. Но конкретные условия их образования: влажность воздуха, перепады температуры, рельеф местности, направление ветра — никогда не могут быть все одинаковыми, отсюда — непохожесть. Особенно, если одно явление природы наслаивается на другое: изморозь на гололед, гололед на изморозь, а на них еще холодный дождь — поди тут разберись!

А разобраться надо. Иначе не будем знать, какой ущерб может принести то или иное явление, какие меры защиты следует применить.

В морозную туманную погоду на ветвях и сучьях деревьев, на проводах, на заборах появляется изморозь — это отложения ледяных кристаллов. Они выглядят чрезвычайно красиво, придают лесу, парку поразительную нарядность. Их нередко называют инеем, но это неправильно.

Иней никогда не образуется на тонких ветвистых предметах. А изморозь, наоборот, осаждается главным образом на проводах, на вертикальных или наклонных ветках кустов и деревьев.

Иней (очень мелкие кристаллики, похожие на крошечные снежинки) чаще всего ложится в холодные ясные и тихие ночи на еще не покрытую снегом рыхлую почву или на шероховатые стены дома, на скамейки. Образуются красивые белые пятна с причудливыми узорами тропических листьев или цветов.

Слабый ветерок помогает более быстрому росту кристалликов.

Такое же происхождение имеют и морозные узоры в доме на стеклах окон.

Процесс рождения изморози очень сложен и во многом еще неясен. Долголетние наблюдения показывают, что изморозь образуется в результате сублимации водяного пара и состоит из кристалликов льда, нарастающих главным образом на тонких длинных предметах с наветренной стороны при слабом ветре и температуре ниже -15^оС.

Жизнь ледяных кристаллов изморози очень коротка. Их форма и размеры все время меняются. Одни становятся меньше, другие вдруг неправдоподобно быстро растут. Особенно заметно это, когда температура поверхности подходит близко к 0^оС. Иногда за 10 минут происходит почти полная перекристаллизация изморози, а значит, и рисунка. При низких температурах структура почти не меняется.

Различают изморозь двух видов: кристаллическую и зернистую.

Кристаллическая — это белый осадок, состоящий из кристаллов льда весьма нежной тонкой структуры. Однако он все же достаточно плотный (0,4 г/см³), стекловидный.

Зернистая — снеговидный рыхлый лед матово-белого цвета, нарастающий преимущественно в туманную, ветреную погоду и чаще всего в горах. Зернистая изморозь имеет аморфное строение и по структуре занимает промежуточное положение между гололедом и кристаллической изморозью. От гололеда отличается снежно-белым цветом и меньшей плотностью (0,1-0,4 г/см³).

Для образования обоих видов изморози кроме минусовой температуры необходимо еще одно условие — туман или густая дымка, т.е. достаточное количество водяного пара в воздухе. При очень сильных морозах (ниже -30^оС) кристаллическая изморозь может возникать и без тумана, но тоже за счет водяного пара, содержащегося в воздухе.

Чем ниже температура, тем более нежной и ажурной бывает изморозь. Ее называют «сибирской» или «полярной». С повышением температуры и сгущением тумана изморозь становится плотнее, ажурность рисунка теряется.

Особой красотой отличается кристаллическая изморозь. Чаще всего она бывает в виде рисунков веерообразных пальмовых листьев. Они всегда разные, никогда не повторяются, потому что условия роста кристаллов — сочетание определенных условий: температуры, влажности, движений воздуха — все время меняется.

Практиков, хозяйственников из всех этих вопросов, пожалуй, больше всего интересуют подробности: где, когда образуются те или иные ледово-изморозные отложения.

Долголетние научные наблюдения показывают, что отложения кристаллической изморози наиболее часто становятся причиной больших и малых аварий, особенно в Сибири. При штилях изморозь там возникает редко: нет интенсивной подачи влаги, главного «строительного материала». Зато при ветрах со стороны крупных водоемов процессы идут особенно интенсивно.

Обильность изморози напрямую связана не только с направлением и силой ветра, но и с его суточными изменениями. Например, на одной из станций Новгородской области кристаллическая изморозь в 70% случаев выпадает вечером, если ветер дует с юго-запада. Но когда направление ветра меняется на северо-западное, время образования изморози обычно сдвигается на ночь.

Любопытно, что 8-17% случаев образования изморози приходится на декабрь, 20-28% — на январь, 25-33% — на февраль, 30-35% — на март, ближе к весне.

Объясняется это тем, что на северо-западе России в это время преобладает антициклонический тип погоды. Стоят солнечные морозные дни. Испарение идет более интенсивно, относительная влажность повышается, и, как следствие, изморозь выпадает чаще.

Поэт Д. Кедрин нашел этому и другое, поэтическое объяснение:

На окнах, сплошь заиндевелых,
Февральский выписал мороз
Сплетенье трав молочно-белых
И серебристо-сонных роз.
Пейзаж тропического лета
Рисует стужа на окне.
Зачем ей розы? Видно, это
Зима тоскует о весне.

Чем стабильнее погода, тем устойчивее изморозные отложения. Растут кристаллики медленно, иногда сутками, держатся порой больше недели.

Чаще всего изморозь, появляясь поздним вечером, достигает максимума далеко за полночь, а разрушается вскоре после полудня.

Когда после изморози начинается потепление, возникает более опасное явление — гололед. На поверхности земли, на дорогах, на крышах домов нарастает слой плотного льда, корка толщиной в несколько сантиметров. И вот тогда, особенно при сильном ветре, начинают ломаться деревья, рушатся мачты электропередачи.

О гололеде обычно не вспоминают более 300 дней в году, но зато те 10-20 дней, когда он случается, долго не забывают.

Сразу же хочу предупредить: не путайте очень похожие по звучанию слова — «гололед» и «гололедица». Это совершенно разные понятия. Первое — явление природы, второе — ее состояние.

Гололедица — корка замерзшей на почве талой или дождевой воды. Она тоже приносит немалый вред людям: дороги становятся скользкими и опасными, и самое главное — это бич сельского хозяйства. Она вызывает выпревание хлебов, от нее скот, находящийся на подножном корму, страдает, а то и гибнет от бескормицы.

Природа не наделила

гололед такой красотой, как, скажем, изморозь, однако и он по-своему красив. Взгляните на ветки деревьев, покрытые стекловидной коркой гололеда, и вы невольно представите себе гигантские хрустальные люстры. Гололед воспевают и проклинают, им восхищаются и с ним энергично борются, он хрупок и прочен, красив и очень опасен…

Определение гололеда понятно любому жителю северной страны. Это плотный слой льда, осадок, нарастающий на поверхности земли, на проводах, на деревьях… Возникает он, когда после сильных морозов натекает теплый влажный воздух и при этом на холодную землю выпадает переохлажденный дождь, морось или туман. Образуется ледяная корка, которая может становить ся все толще и толще…

Нарастание гололеда обычно происходит не менее 1 часа и не более 12-ти. А вот разрушение идет очень медленно, в основном за счет испарения льда, а при низких температурах этот процесс протекает вяло.

Если не вмешается резкая оттепель или сильный ветер, процесс может растянуться до 4-6 суток.

Метеорологи отметили несколько интересных свойств образования гололеда. Например, такое: на проводах, находящихся под напряжением, величина отложившегося льда почти на 30% больше, чем на проводах обесточенных.

Или такое: гололедные отложения усиленно нарастают в направлении, поперечном движению воздушных масс. Если фронт движется с запада, то отложения толще на проводах, расположенных в меридиональном направлении. И наоборот, при меридионально направленных потоках воздуха отложения толще на проводах, расположенных по широте. И разница огромная, иногда в три раза.

Там, где наблюдались самые объемные отложения, плотность их оказывалась минимальной. Если внимательно рассмотреть кристаллический нарост, можно заметить, что поверхность его удивительно тонкая и хрупкая, кристаллы на внешних краях более пористы и рыхлы.

Но каким же образом легкий, изящный, безобидный на вид ледяной налет оказывается таким разрушительным?

Дело в том, что изящество его весьма относительно. Особо опасные наледи могут достигать 80-100 мм в ширину. Такое препятствие оказывает серьезное сопротивление ветру. А те отложения гололеда, которые в диаметре поменьше (40-50 мм), плотнее, жестче и тяжелее. Роскошные ледяные короны вокруг проводов диаметром до 70-80 мм создают дополнительную весовую нагрузку от 150 до 200 г на погонный метр. Выявлены и рекордные показатели: на Валдае изморозные отложения достигали 424 г на погонный метр провода. Следовательно, на пролет между столбами (50 м) приходилось более 20 кг дополнительного веса.

Практика показывает, что наибольший ущерб наносит не столько толщина гололедных отложений, сколько ветры, когда их скорость более 10-12 м/с. При такой двойной нагрузке — весовой и ветровой — особенно велика опасность разрыва проводов, падения столбов и опор.

Катастрофические условия чаще всего следует ожидать там, где оттепели чередуются с волнами холода. Поэтому и информация о гололеде обычно приходит с юга и из северо-западных областей страны. Вот пример сообщения о том, что случилось в январе 1963 года.

Поезд мчался к югу. Чувствовалась близость Черного моря. Скоро Туапсе, Лазаревское, Сочи… Неожиданно для всех в окна вагонов застучали крупные капли дождя. Падая, они растекались и замерзали, превращаясь в плотный слой стекловидного льда. Контактные провода начали искриться. Поезд замедлил ход и вскоре остановился. Провода, деревья, кустарники, почва — все покрылось толстым панцирем льда… Первыми не выдержали натиска стихии провода. Под тяжестью льда и под действием ветра они стали рваться. Затем начали ломаться телефонные и телеграфные столбы. Словно подкошенные, они валились на землю, увлекая за собой арматуру и провода. Металлические опоры высоковольтных линий электропередачи, стоявшие на вершинах гор, не выдержали тяжести льда и упали.

Наиболее ожесточенным оказался «поединок» между гололедом и лесом. Вековые дубы и грабы, приняв на свои мощные кроны тонны льда, вначале лишь слегка покачивались, но по мере того, как увеличивались отложения льда и усиливался ветер, начали ломаться ветви, затем верхушки деревьев и, наконец, стволы. Тысячи деревьев, вывороченных с корнями, падали на землю… Деревья перекрывали шоссейные дороги, ложились на провода телефонных и осветительных линий, обрывая их.

Температура у поверхности земли была — 3-5^оС. Дул сильный северо-восточный ветер. Эти условия способствовали нарастанию гололеда… Максимальная толщина отложений льда на телеграфных проводах вместе с сосульками достигала 350 мм, а вес отложений на одном погонном метре провода — около 7 кг! Такого гололеда не помнили старожилы и не регистрировали метеорологические станции за многие десятилетия.

Через 25 лет, в декабре 1988 года, ситуация повторилась. На Северном Кавказе сложились крайне неблагоприятные погодные условия: снегопады, дождь, которые из-за низкой температуры превращались в гололед. Поездам приходилось буквально пробиваться сквозь «стеклянные» дожди. Электровозы выходили из строя… Их заменяли на тепловозы , что значительно снижало скорости. Многочасовые опоздания дорого обошлись и стране и пассажирам. ..

Еще дороже обходится гололед в крупных городах. Вот одно из газетных сообщений (6 января 2000 года): 2088 петербуржцев обратились в «Скорую помощь» за минувшие выходные дни. Пик травм пришелся на 1 января: медицинскую помощь вызвал 721 петербуржец, 62 человека госпитализированы. Кроме того, 79 человек пострадали в результате дорожно-транспортных происшествий.

И вот сообщение уже нынешнего года (газета «Известия», 2004 г., январь, № 1):

Совершенно особая ситуация сложилась на средней и нижней Волге. Там, в результате встречи теплого и влажного воздуха с холодным, сформировались так называемые сложные гололедно -изморозные отложения. «Мне кажется, — пишет об этом в газете Роман Вильфанд, директор Гидрометцентра России, — что тут побит рекорд — толщина льда на проводах линий электропередачи составила 38 см. (Автор обращает внимание на то, что это не ошибка, не опечатка — именно сантиметров, а не миллиметров!) Невероятная тяжесть, в результате которой провода рвутся, как нитки».

Советы пешеходам

Чтобы избежать падений и травм при гололеде и гололедице, прислушайтесь к советам опытных врачей-травматологов.

1. Слушая сводки Гидрометеоцентра, обращайте внимание не только на данные о градусах, влажности воздуха, скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, но и на ключевую фразу: «На дорогах сильная гололедица».

2. В такой день, по возможности, лучше вовсе не выходить из дому, ибо, чем меньше вы сделаете шагов по скользкой поверхности, тем меньше вероятность травмы.

3. Передвигаться по льду надо умеючи: на полусогнутых ногах, наклонившись вперед, ноги ставить на всю ступню и слегка расслабить в коленях, идти не торопясь. Руки (или хотя бы одна правая рука) должны быть свободны.

4. Если чувствуете, что падаете, — постарайтесь сгруппироваться и валиться на правый бок, с упором на ладонь и предплечье.

5. Выходите на улицу обязательно в удобной устойчивой обуви.

НЕОБЫЧНЫЕ ПЛОДЫ | Наука и жизнь

В тропиках произрастает поистине райская флора. Здесь есть деревья с пищевыми названиями: хлебные, колбасные, конфетные, шпинатные, молочные (их млечный сок, форма или вкус плодов напоминают соответствующие продукты), деревья с плодами, похожими на пушечные ядра, и множество других любопытных растений.

«ХЛЕБА» АРТОКАРПУСА

Плоды дуриана (Durio zibethinus) покрыты твердыми коническими шипами и весят около 3 килограммов. Размером они чуть меньше баскетбольного мяча.

Созревший плод дуриана.

Цветки кигелии и свисающий на длинной плодоножке плод.

Цветки коуропиты (Courou-pita guianensis) распускаются прямо на коре массивного ствола. Они необычайно красивы и испускают тонкий, приятный аромат.

Кигелию (Kigelia pinnata) называют колбасным деревом (1).

Наука и жизнь // Иллюстрации

Огромные круглые плоды гвианской коуропиты (Couroupita guianensis) — «пушечные ядра» — гроздьями висят на стволах (2, 3).

Хлебное дерево Artocarpus altilis родом из Полинезии. Его богатые крахмалом плоды местные жители используют для приготовления пудингов, выпечки хлеба, пирогов, кроме того, их жарят, как картофель (4).

Плоды хлебного дерева Artocarpus heterophyllus, или джекфрута, — самые большие в мире фрукты (5).

Шоколадное дерево (Theobroma cacao) достигает в высоту 4-8 метров. Его плоды растут прямо на стволе.

‹

›

Открыть в полном размере

Хлебными называют все виды деревьев (а их около 50) рода Artocarpus семейства тутовых. Это известные пищевые растения тропиков. О них упоминали в своих рукописях древнегреческий ботаник, ученик и друг Аристотеля — Теофраст, а позже — Плиний.

«Если кто-либо в течение своей жизни посадит десять хлебных деревьев, то он может считать, что сделал для того, чтобы прокормить себя, свою семью и свое потомство, больше, чем житель умеренного пояса, всю жизнь в поте лица обрабатывающий свое поле…», — писал в дневнике английский мореплаватель Джеймс Кук.

Хлебные деревья — вечнозеленые растения. На одном экземпляре бывают необычайно разнообразные листья: цельные, перисто-рассеченные, перисто-сложные — с различной степенью опушения. Цветки и плоды образуются непосредственно на стволе. Мужские цветки устроены весьма просто и не блещут красотой. Зато женские объединяются в крупные соцветия. После опыления их околоцветники и прицветники, а также мясистая ось соцветия разрастаются и сливаются в одно большое соплодие, подвешенное к стволу, как на веревке, и по форме напоминающее большую зеленовато-желтую или коричневую шишковатую дыню. Одновременно с созреванием плодов на стволе дерева продолжают появляться новые цветки.

Обычно хлебные деревья плодоносят в течение девяти месяцев в году, а потом три месяца отдыхают. И так на протяжении 70-75 лет. На одном дереве ежегодно созревает 700-800 «хлебов». Плоды заполнены сладковатой мякотью.

Родиной обыкновенного хлебного дерева Artocarpus altilis считается Полинезия. Но сейчас его выращивают практически во всех странах Юго-Восточной Азии, Океании и в других районах тропиков. На океанических островах оно играет важную роль в питании местного населения. Это дерево достигает 35 метров в высоту и 1 метра в диаметре, имеет пальчато-лопастные листья, а соплодия его весят от 3 до 4 килограммов.

Семена хлебного дерева жарят, как каштаны. А плоды консервируют, пекут, варят, жарят, сушат и едят сырыми. Полностью созревшие, они имеют тестообразную мякоть, по вкусу скорее напоминающую картофель, чем хлеб. Но есть эту мякоть надо быстро, иначе через сутки она станет невкусной. Самый простой способ приготовления — обработка огнем. Свежесорванные, еще зеленые плоды зарывают в золу и пекут в костре, как картошку. Через десять-пятнадцать минут зеленая корка чернеет, трескается, и в трещинах проглядывает молочно-белое нутро, по вкусу похожее на сладковатый пшеничный хлеб.

Жители Маркизских островов обычно толкут очищенные от кожуры и сердцевины плоды в ступке, превращая их в однородную массу, в которую для улучшения вкуса добавляют сок кокоса. Затем ее разделяют на брикеты, заворачивают в несколько слоев листьев, туго перевязывают волокнами коры и зарывают в большие ямы, откуда впоследствии извлекают по мере надобности. В земле такой полуфабрикат может лежать годами, становясь со временем даже вкуснее. Готовят его следующим образом. В яме выкладывают дно камнями и разводят большой огонь. Когда камни достаточно разогреются, золу выгребают, дно застилают слоем листьев, помещают туда завернутый брикет теста, сверху покрывают еще одним слоем листьев. Затем все это быстро засыпают землей так, чтобы получилась горка. Печеное тесто представляет собой пухлую желтую лепешку, приятную на вкус. Если такую лепешку размочить в воде и перемешать до равномерной консистенции, получится своеобразный пудинг.

Ближайшим родственником обыкновенного хлебного дерева является джекфрут (Artocarpus heterophyllus) — растение с самыми крупными соплодиями в мире. Их диаметр может достигать 30-40 сантиметров, длина — 60-90 сантиметров, а масса — около 34 килограммов. Это дерево высотой до 15 метров, с цельными листьями — уроженец Индии. В настоящее время джекфрут разводят во многих странах Южной и Юго-Восточной Азии — от Индии до Индонезии. Его плоды очень вкусные, похожи на дыню, манго и папайю, но имеют один недостаток — специфический одеколоновый запах. Сок сладкий, желтого, коричневатого или розового цвета, в зависимости от зрелости фрукта.

Недозрелый джекфрут готовят, как овощ, а созревший употребляют в сыром виде или консервируют в сиропе. Семена варят или жарят.

В Азии о джекфруте говорят: «Если в вашем дворе растет джекфрут, вы не умрете с голоду».

ДУРИАН — КОРОЛЬ ФРУКТОВ

Дуриан (Durio zibethinus) принадлежит к семейству бомбаксовых. Это крупное (высотой до 45 метров) вечнозеленое дерево дико произрастает в тропических лесах Калимантана, Суматры и полуострова Малакка, культивируется в Юго-Восточной Азии и на юге Индии. Внешне особых достоинств не имеет. А вот плоды рождает необычные: очень вкусные, но дурно пахнущие. Не случайно в большинстве отелей тех стран, где растет дуриан, висит плакат с перечеркнутым изображением фрукта. Созревая, плоды падают на землю, трескаются и начинают распространять отвратительный запах гнили, который привлекает насекомых и животных: муравьев, жуков, носорогов, тигров, слонов. Они лакомятся фруктом, а потом растаскивают и распространяют его семена. Благодаря такому паломничеству дерево процветает.

Дуриан, если он не перезрелый, пахнет только в разрезанном виде, причем запах появляется лишь через полчаса после того, как плод был разрезан. При комнатной температуре мякоть сохраняется свежей до пяти дней. Если плоды подвергнуть заморозке, то после оттаивания и хранения в холодильнике их рекомендуется использовать в течение двух дней.

Этот фрукт советуют есть примерно так, как пьют водку: выдохнуть воздух, быстро положить дуриан в рот, только потом вдыхать. Его вкус напоминает сладкий миндальный крем с добавкой сливочного сыра, луковой подливки, вишневого сиропа и других трудно совместимых продуктов.

В странах Юго-Восточной Азии дуриан считается королем фруктов. Его едят в свежем виде, добавляют в выпечку, мороженое, напитки, жарят, как гарнир, или смешивают с рисом. В Таиланде в период созревания плодов дуриана (с мая по август) проводят даже специальные фестивали, на которые съезжаются люди со всего мира. Экзотический фрукт мало кого оставляет равнодушным. Попробовавшие его делятся на два лагеря — страстных поклонников и ненавистников.

«КОЛБАСЫ» КИГЕЛИИ

В тропической Африке и на Мадагаскаре можно полюбоваться кигелией перистой (Kigelia pinnata) — красивым деревом из семейства бигнониевых, с широкой тенистой кроной и причудливыми плодами. Его называют колбасным, потому что оно несет на своих ветвях множество буроватых, беспорядочно свисающих на длинных плодоножках колбасовидных плодов. Каждая такая «колбаса» может быть длиной чуть более полуметра и диаметром около 10 сантиметров. Но, увы, плоды эти несъедобны ни для человека, ни для зверя.

Удивительны особенности цветения колбасного дерева. Крупные темно-красные воронковидные цветки, собранные в соцветия, появляются во время сухого сезона. Они раскрываются вечером и цветут ночью. Мелкие летучие мыши в поисках нектара натыкаются на них и опыляют. Участвуют в опылении и птицы нектарницы. К утру многие цветки опадают. Завязи образуют только те, которые ночью были опылены.

«ПУШЕЧНЫЕ ЯДРА» КОУРОПИТЫ

Коуропиту (Couroupita guianensis), уроженку тропических лесов Южной Америки и Южной Азии, называют деревом «пушечных ядер». Ее идеально круглые съедобные плоды размером и формой действительно напоминают чугунные пушечные ядра. Они гроздьями висят на толстых стеблях вокруг ствола. В некоторых странах это довольно высокое (от 15 до 25 метров) лиственное дерево, родственное бразильскому ореху, одно время пытались высаживать вдоль дорог. Но очень скоро отказались от такой затеи. Получить на полном ходу под колеса автомашины круглый спелый плод, хотя он и не чугунный, — перспектива не из приятных.

«Пушечные ядра» коуропиты развиваются из цветков, которые появляются на толстых цветоножках прямо на стволе дерева, поражая своей красотой и тонким, как у дорогих духов, ароматом. Из-за восхитительного аромата цветки используют в парфюмерной и косметической промышленности.

Белая плоть плодов мягкая и очень мясистая, по вкусу напоминает орех. В отличие от цветков, имеет неприятный запах. Поэтому не всякий человек решается попробовать ее. Твердые оболочки плодов местные жители приспосабливают под контейнеры.

Каждый тропический парк считает своей обязанностью приобрести хотя бы один экземпляр коуропиты. Когда-то это дерево посадил на своей загородной вилле под Гаваной Э. Хемингуэй. Теперь оно постоянно привлекает внимание туристов.

Статья иллюстрирована фотографиями из Интернета и электронной «Энциклопедии Кирилла и Мефодия».

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

КАУЛИФЛОРИЯ, ИЛИ ЦВЕТУЩИЕ СТВОЛЫ

В тропиках у многих деревьев цветки появляются не на концах побегов, а прямо на стволе и на толстых ветвях. Позже из цветков образуются плоды. Это явление носит название «каулифлория», что в дословном переводе означает «стволоцветие».

Объяснить, почему в теплом климате цветочные почки образуются глубоко в тканях ствола и затем пробиваются наружу сквозь кору, пытались многие исследователи тропической природы.

Одни полагают, что это связано с режимом экономии. В тропическом лесу, где представители флоры теснят друг друга, трата энергии на проталкивание питательных соков к плодам через сложную систему ветвей — излишняя роскошь. Не проще ли прямо подавать их из ствола в плоды?

Другие считают, что это выгодно для деревьев с очень крупными плодами, которые из-за своего веса могли бы просто сломать ветви.

В 1878 году английский естествоиспытатель Алфред Уоллес предположил, что каулифлория позволяет опылителям легче находить цветы в сумраке тропического леса.

Ярко выраженная каулифлория наблюдается у какао (Theobroma cacao), коуропиты (Couroupita guianensis), хлебного дерева (Artocarpus altilis) и его ближайшего родственника джекфрута (Artocarpus heterophyllus). Это явление характерно также для некоторых фикусов и различных представителей семейств анноновых и сапотовых.

Agroforestry.org — Overstory #143 — Дендрология

Введение

Что такое дендрология? Термин дендрология происходит от двух греческих слов, означающих деревья и дискурс или исследование, или изучение деревьев. Обзор истории использования этого термина был сделан Уильямом А. Дейтоном (Dayton 1945). Возможно, это слово впервые было использовано в 1668 году в качестве названия книги или энциклопедии о деревьях Улиссе Альдрованди, итальянского врача и естествоиспытателя. Первоначально дендрология включала в себя все аспекты деревьев, и в то время не было науки о лесном хозяйстве. Теперь, особенно в Европе, дендрология также включает кустарники, но в Соединенных Штатах она по-прежнему обычно ограничивается деревьями.

На практике дендрология ограничивается ботаникой деревьев или, точнее, таксономией деревьев. Его можно рассматривать как раздел лесного хозяйства или ботаники, занимающийся таксономией деревьев. В одних университетах США предмет дендрологии преподает профессор лесного хозяйства, в других — профессор ботаники, специалист по таксономии или систематической ботанике.

Таким образом, дендрология — это раздел лесного хозяйства или ботаники, изучающий таксономию деревьев и других древесных растений, включая номенклатуру, классификацию, идентификацию и распространение. Предмет в тропических странах следует называть тропической дендрологией или таксономией тропических деревьев, чтобы отличить его от курса дендрологии, преподаваемого в университете Соединенных Штатов или Европы. В тех странах и континентах умеренного пояса деревья сильно отличаются от деревьев тропических регионов. Например, лесник, изучавший дендрологию только в лесной школе в США, очень мало знает о тропических деревьях.

Дендрология — это инструмент для знакомства с деревьями и их изучения. Названия служат ориентиром для обозначения деревьев. Прежде чем производить обзор лесных ресурсов тропической страны, необходимо знать названия пород. Лесникам всегда нужно знать названия важных деревьев, с которыми они работают.

Зачем изучать дендрологию?

Изучение тропической дендрологии преследует пять основных целей:

Номенклатура деревьев Узнать, как называются деревья, включая научные названия, общеупотребительные названия и код ботанической номенклатуры.

Классификация деревьев Чтобы узнать, как деревья делятся на семейства, роды и другие группы в соответствии с их расположением. Чтобы узнать названия и характеристики общих и важных ботанических семейств деревьев.

Идентификация деревьев Чтобы иметь возможность поместить неизвестное дерево в его семейство. Научиться находить название неизвестных деревьев или идентифицировать деревья с помощью ключей, руководств и флор. Знать справочники по идентификации деревьев вашей страны. Научиться собирать ботанические образцы. Научиться хранить и использовать гербарий.

Распределение деревьев Чтобы узнать, как деревья распределяются по климатическим зонам и типам леса. Знать географическое распространение важных лесных деревьев.

Важные лесные деревьяЗнакомство с важными лесными деревьями вашей страны, включая научные названия, общие названия, семейства, распространение и численность, а также использование.

Что такое дерево?

Все знают, что такое дерево, но дать точное определение непросто. Можно классифицировать семенные растения или цветковые растения на четыре искусственные группы на основе размера и формы стеблей: деревья, кустарники, травы и лианы. Древнегреческий Теофраст (372–287 гг. до н. э.), ученик Аристотеля, которого называли отцом ботаники, различал деревья, кустарники и травы. Эти искусственные группы не связаны с естественной классификацией ботаники на ботанические семейства.

Определения Лесной терминологии (Society of American Foresters 1944), переведенные на испанский язык М. А. Гонсалесом Вейлом как Terminologia Forestal (Gonzalez Vale 1950), здесь немного изменены.

Дерево (arbol): древесное растение с четко очерченным прямостоячим многолетним стволом и более или менее четко сформированной кроной, которое обычно достигает высоты не менее 12–15 футов (или 4–5 м). и диаметр туловища на высоте груди (dbh) от 7 до 10 дюймов (18-25 см).
Кустарник (арбусто): многолетнее деревянистое растение меньшего размера, чем дерево, обычно с несколькими многолетними стеблями, отходящими от основания.
Трава (hierba): растение с травянистым или мягким стеблем, однолетнее или многолетнее, но не древесное. (Трава может быть однолетней или многолетней или, в холодном климате, иметь стебель, который ежегодно отмирает на землю.)
Виноградная лоза (bejuco): древесное или травянистое растение с не прямостоячими стеблями, которые опираются на другие растения или объекты.

Номенклатура деревьев

Номенклатура — это раздел таксономии, который рассматривает названия растений, включая правильные названия, синонимы и правила номенклатуры.

Деревья, как и другие растения, имеют два вида названий: общеупотребительные и научные. Оба важны и необходимы, и оба имеют свои преимущества и недостатки.

Преимущества общих имен

Они на языке, известном людям.
Они используются сельскими жителями, лесорубами, людьми в целом и в торговле.

Недостатки общих имен

Они меняются в разных местах, странах и на разных языках.
Одни и те же общие названия могут использоваться для разных видов в разных местах, странах и т. д.
Многие виды не имеют собственных четких общих названий. Есть еще неизвестные виды без названий.
Многие распространенные имена не точны. Некоторые виды имеют неопределенные общие названия, соответствующие только роду или ботаническому семейству.
Не существует определенного авторитета или свода правил, регулирующих общеупотребительные имена и обеспечивающих их единообразие.

Как и в современных языках, общеупотребительные имена используются только в одном языке и меняются от одной страны к другой. Полезная древесная порода широкого распространения может иметь от 5 до 10 и более названий в различных местностях и в торговле. Например, дерево Вест-Индии может иметь английское имя на Ямайке, испанское имя на Кубе и французское имя на Гаити. И, возможно, на других островах, таких как Пуэрто-Рико и Малые Антильские острова, у него другие названия. Кроме того, возникает путаница, поскольку одно и то же общее название может использоваться для разных видов в разных частях их естественного ареала.

Для точности и ясности, а также во избежание путаницы ботаники, а также лесники обязаны использовать научные названия деревьев.

Преимущества научных названий

Они едины в универсальной системе, используемой во всем мире.
Они на латинском языке, который является языком ни одной страны и не меняется с годами.
Они показывают классификацию и родство видов.
Существует Международный кодекс ботанической номенклатуры с правилами для научных названий и для названий новых видов.

Недостатки научных имен

Они странные и длинные.
Они не используются большинством людей.

Латинский язык, которым пользовались ученые прошлых веков, был продолжен биологами для научных названий растений и животных. Несколько веков назад ботаники изучали лекарственные растения или травы и писали книги с описаниями и текстом на латыни. Названием служило латинское описание фразы.

Каролус Линней (1707–1778), выдающийся шведский естествоиспытатель, ввел биномиальную систему номенклатуры в 1753 году. номенклатура (Линней 1753).

Биномиальная система номенклатуры, или система двух названий, означает, что название каждого вида растений состоит из двух латинских слов: рода и видового эпитета. (Та же система используется для животных.)

Например, научное название вида красного дерева Центральной и Южной Америки — Swietenia macrophylla. К этим двум словам систематики добавляют имя автора, ботаника, впервые давшего это название виду и опубликовавшего его ботаническое описание. Таким образом, Swietenia macrophylla King. Ботанические произведения должны содержать имя автора. Однако, как правило, нет необходимости писать или запоминать автора, и лесникам редко нужно упоминать автора.

На научные названия распространяются определенные правила. Эти правила принимаются и пересматриваются ботаниками-систематиками на международных ботанических конгрессах. Последние конгрессы проходили в Стокгольме, Швеция, в 1950 г. и в Париже, Франция, в 1954 г. Самое последнее издание правил называется Международным кодексом ботанической номенклатуры (Lanjouw и др., 1952 г.). Незначительные изменения или поправки были внесены в 1954 г. и будут включены в исправленное издание.

В соответствии с Кодексом научные названия даются на латыни или, если они из других языков или имеют искусственное происхождение, они имеют латинские окончания. Родовое имя является существительным и начинается с заглавной буквы. Видовой эпитет начинается с маленькой буквы и может быть: (1) прилагательным, которое согласуется с родовым именем в роде (мужской, женский или средний), (2) существительным в латинском родительном падеже, таким как имя лицо, или (3) название другого рода или другого растения в приложении. Эти два слова подчеркнуты в рукописях или на пишущей машинке, а в публикациях выделены курсивом. По происхождению и происхождению научные названия носят описательный или иной характер, как и общеупотребительные названия.

В Кодексе есть три очень важных правила. Правило типов гласит, что научное название основано на образце, называемом типом. Идентичность установлена с этим экземпляром, хранящимся в большом гербарии. По правилу приоритета правильным названием группы является самое старое, соответствующее Кодексу. Например, в прошлом разные ботаники, работавшие независимо друг от друга, давали многим видам более одного научного названия. Таким образом, допустимо только одно имя, самое древнее, а остальные называются синонимами. Правило омонимов относится к омонимам или идентичным именам. Одно и то же имя не может быть использовано для двух разных групп, и если имя использовалось ранее для одной группы, оно никогда не может быть использовано для другой.

Из этих правил видно, что научные названия несовершенны. Среди ботаников нет полного согласия ни в названиях, ни в их применении, ни в их пределах. Некоторые виды до сих пор используют два научных названия в разных книгах. Однако научные названия гораздо более четкие и понятные, чем общеупотребительные названия.

Сокращение имен авторов

Фамилии некоторых авторов пишутся сокращенно после научных названий. Как правило, это ботаники, давшие названия многим видам или носящие длинные имена.

Полные имена этих лиц можно найти в глоссариях некоторых ботанических справочников. Обычно сокращение останавливается перед второй гласной. Исключение составляет Карол Линней, который является только «Л.» Например, Rhizophora mangle L., мангровая или мангровая.

Двойное цитирование имен авторов

Некоторые научные названия растений сопровождаются именами двух авторов, первое в скобках. Например, Delonix regia (Bojer) Raf., flamboyant-tree или flamboyán. Это означает, что первый автор дал название видового эпитета, но в другом роду или как разновидность. Впоследствии второй автор изменил название и вставил в эту аранжировку определенный эпитет. В этом случае более раннее название, которое также используется сейчас, — Poinciana regia Bojer. Некоторые ботаники считают делоникс родом, отличным от Poinciana, а другие — нет.

Классификация деревьев

Классификация — это раздел таксономии, который рассматривает ботаническое расположение растений в группы, такие как семейства и роды, в соответствии с отношениями.

Вот в чем проблема. Известно около 350 000 видов живых растений. Невозможно изучить и узнать их все по одному. Как их можно объединить в группы для изучения, для составления данных о характеристиках и для организации всей этой информации? Существует два вида классификаций: искусственные и естественные.

Искусственные классификации

Искусственная классификация представляет собой простую и удобную схему, но не на основе отношений. Это как отделения или ячейки в ящике или шкафу, по одному отделению для каждого вида. Древнегреческий Теофраст предложил упомянутую выше искусственную классификацию. Такое расположение растений на основе габитуса стебля как деревьев, кустарников или трав полезно и удобно. Лесоводы изучают в основном деревья, образующие искусственную группу.

Другой искусственной классификацией была половая система Карла Линнея, опубликованная в 1732 году. Все растения были разделены на 24 класса в зависимости от тычинок: их количества, соединения и длины. Классы были разделены на порядки в зависимости от количества стилей в каждом цветке. Эта система служила для идентификации образцов и была очень полезна в свое время.

Естественные классификации

Естественная классификация пытается сгруппировать сходные растения в соответствии с их отношениями. После Линнея другие ботаники предложили естественные системы классификации растений. В этих работах виды были организованы в естественные группы, такие как семьи. Французский ботаник Антуан де Жюссье разработал одну из первых естественных систем в 1789 году. .

Современная классификация растений и животных основана на принципе или теории органической эволюции. В 1859 году британский натуралист Чарльз Дарвин опубликовал свою знаменитую работу «Происхождение видов» (Darwin 1955). Принцип органической эволюции просто означает, что высшие формы растений и животных развились из простых или низших форм в течение миллионов и миллионов лет. Специализированные растения произошли от примитивных видов. Другими словами, жизнь растений менялась медленно в течение длительных периодов времени.

Естественная классификация основана на родственных связях по происхождению. Эволюцию можно сравнить с деревом. Теоретически жизнь растений зародилась как семя. За миллионы лет оно превратилось в дерево с множеством ветвей, представляющих царство растений. Почки соответствуют видам, существующим ныне, а ветви — вымершим или ископаемым видам. Тогда все веточки на одной ветке принадлежат к одному семейству и связаны между собой. Но поскольку ветвей сейчас не существует, отношения малоизвестны и являются предметом разногласий среди ботаников.

Существует множество свидетельств и доказательств в поддержку принципа органической эволюции. Большое значение имеет морфология, или изучение и сравнение формы и частей растений. Например, виды со сходной формой или строением считаются родственными. Другие свидетельства можно найти в других разделах биологии, таких как анатомия, эмбриология, генетика, цитология, палеонтология и географическое распространение.

Методы органической эволюции не так хорошо изучены. Среди теорий — теория мутаций (или внезапных изменений в наследственных вариациях) и теория естественного отбора (или выживания наиболее приспособленных) Дарвина.

Вероятно, естественной системой классификации растений, наиболее широко принятой ботаниками в настоящее время, является система Энглера и Прантля (1887 г.), двух немецких ботаников, в их важном 20-томном труде, озаглавленном Die Naturlichen Pflanzenfamilien (Естественные семейства растений), который охватывает все царство растений. Самые последние данные указывают на то, что, возможно, эту систему можно улучшить. Тем не менее он является наиболее подробным и удобным и используется во многих крупных гербариях мира.

Другой важной естественной системой, также используемой, является система Бентама и Хукера (1862-63), двух британских ботаников, в их латинском труде в трех томах, Genera Plantarum (Роды растений).

Категории царства растений

В естественной классификации виды деревьев и других растений располагаются в группы малого и большого ранга в иерархии. Эти группы царства растений помещены в категории. Категории на латыни, а также на современных языках. Они перечислены ниже на латыни, английском и испанском языках с примерами.

Латинский : Regnum Vegetable Divisio Classis Ordo Familia Род Виды (Разновидности)

Английский : Царство Растений Подразделение Класс Порядок Семейство Род Виды (Разновидность)

Испанский (Reino Vegetrae GenedaVarisése ClareVaridensa Ordo Familió Divisió) )

В конце стоит не категория, а индивидуум (individuum на латыни и individuo на испанском языке). Кроме того, подгруппы для других категорий могут быть добавлены в большие группы по мере необходимости, например подразделение в приведенном выше примере: подсемейство, подрод и т. д.

Царство растений в настоящее время состоит примерно из 350 000 известных видов живых растений, сгруппированных в 19 000 родов. Отдел Спермарофиты (фанерогамы или семенные растения) в настоящее время включает 2 подразделения, 7 классов, 45 и более порядков, более 300 семейств, более 10 000 родов и более 250 000 видов.

Наиболее важной единицей ботанической классификации является вид. Каждая особь, дерево или другое растение принадлежит какому-то виду и только одному определенному виду. Трудно определить вид, а также другие категории. Можно сказать, что вид состоит из отдельных растений (или животных), сходных по внешнему виду и способных размножаться или размножаться между собой и производить другие особи, похожие на родителей.

Род – это группа родственных видов. Семейство также состоит из группы родственных родов. Отряд состоит из группы родственных семейств и т. д.

Разновидность — это подразделение или незначительная вариация вида или группы особей, незначительно отличающихся от других. Большинство видов не имеют разновидностей или не подразделяются на разновидности. Названия разновидностей, особенно культурных видов.

Научные названия семейств и высших категорий во множественном числе, а названия родов, видов и разновидностей в единственном числе.

Название заказа оканчивается на эль и происходит от его семейства типов. Например, гераниалы относятся к семейству гераниевых, которое происходит от рода гераниумов.

Окончание названий ботанических семейств -aceae. Однако Кодекс разрешает использование восьми исключений с окончанием на -ae, таких как Guttiferae.

Идентификация деревьев

Идентификация дерева состоит из определения правильного научного названия, как правило, с помощью руководств, флор, ключей и т. д.; или определения того, что растение или образец является таким же, как ранее известное растение с научным названием. В этих справочниках используется специальная ботаническая терминология для описания различий в морфологии или частях деревьев. По этой причине в лаборатории мы изучаем терминологию листа, цветка, плода и т. д.

Методы идентификации деревьев

Вопрос: Как узнать название дерева? Есть несколько методов; в каждом случае мы должны использовать самый легкий, простой и самый быстрый метод, который также приводит к правильному названию.

Самый простой способ узнать название дерева — спросить у того, кто его знает. Этот метод можно использовать где угодно. Всякий раз, когда есть возможность, мы должны ходить в леса с другими лесниками или ботаниками, которые хорошо знают этот вид. Этот метод очень полезен, особенно в новом регионе, где много необычных деревьев. В университете и в гербарии, как и в поле, вопрос помогает отождествлению.

Этот метод особенно важен для изучения общеупотребительных имен, поскольку многие общеупотребительные имена не встречаются в книгах. Сельские жители, хорошо знающие деревья своей местности, узнали названия от других людей, а не из ботанических книг. Если вы сомневаетесь, следует спросить двух человек, чтобы увидеть, называют ли они одно и то же имя. Кроме того, когда общепринятое название известно, часто легко получить научное название рода или вида в ссылках на растения или леса.

Однако у метода вопросов есть ограничения и недостатки. (1) Другие лица, в том числе специалисты, могут ошибаться в именах и идентификации. (2) В некоторых местностях нет людей, знающих все деревья, особенно научные названия. (3) Часто лесникам приходится работать в одиночку и без помощи в проведении идентификации. Следовательно, лесники должны знать, как идентифицировать деревья и ботанические образцы.

Книги, справочники, флоры, каталоги, ключи, монографии

Везде, где есть хороший иллюстрированный справочник по региону, так же через иллюстрации. Этот метод, полезный, хотя и не научный, может напрасно тратить время и не может применяться там, где много видов деревьев; иллюстрированное руководство не могло проиллюстрировать многие второстепенные виды.

Эти книги, как правило, написаны ботаниками для ботаников и с использованием технической терминологии систематической ботаники. Таким образом, лесоводы, изучающие дендрологию, должны научиться читать и понимать эти ботанические книги, содержащие множество, может быть, слишком много технических терминов. Нужны более популярные иллюстрированные пособия, содержащие минимум технических терминов и написанные для лесников и населения.

Поэтому мы будем изучать в лаборатории ботаническую терминологию листа, цветка, плода и других частей деревьев, таких как ствол и кора.

Флора региона обычно содержит ботанические описания и ключи. Однако в некоторых тропических странах отсутствуют описательные флоры.

В каталоге есть список видов региона, часто с другими примечаниями. В Каталоге флоры Венесуэлы также есть ключи к родам.

Монография представляет собой исследование рода или семейства в стране или более крупном регионе. Например, Rubiaceae из Венесуэлы Стэндли и Podocarpus в Новом Свете Бухгольца и Грея.

Ключ, как и ключ от двери, представляет собой простое приспособление для открытия пути к названию или искусственное приспособление для быстрого нахождения научного названия растения. Это гораздо проще, чем читать множество описаний. Старые ботанические справочники одно-двухсотлетней давности не имели ключей. Для того, чтобы идентифицировать неизвестное растение по ботанической книге без ключа, необходимо читать описания до тех пор, пока не дойдете до того, которое согласуется с растением. Таким образом, для идентификации экземпляра необходимо в среднем прочитать половину книги.

Ключ дихотомический, или с развилками или ответвлениями два на два. Он делит растения книги на группы по два или пополам, пока не придет к названию, соответствующему образцу. В ключе есть пары контрастных коротких фраз, обычно состоящих из одной строки. Необходимо определить, какая из двух фраз согласуется с образцом. Если фраза состоит из двух и более частей, все символы должны согласовываться с образцом. Ниже правильной фразы находится еще пара противоречащих друг другу фраз. Выбор правильной фразы повторяется до тех пор, пока не будет найдено имя. Если есть описание, его следует прочитать, чтобы проверить, подходит ли оно к экземпляру. Если он не согласуется, возможно, есть ошибка, и использование ключа следует повторить, ища другую вилку, которая приводит к правильной идентификации.

Существуют определители семейств и родов внутри семейства и видов внутри рода. Но, к сожалению, в некоторых тропических регионах есть несколько определителей видов. Когда есть два или более ключей для использования, проще всего использовать самый короткий или ключ с наименьшим регионом или с наименьшим количеством частей.

Литература

Дарвин, К. [1859] 1955. Происхождение видов. Британская энциклопедия, Чикаго.

Dayton, WA 1945. Что такое дендрология? Журнал лесного хозяйства. 43:710-722.

Гонсалес Вале, М.Л. 1950. Предварительная терминология. [Издательство и место издания неизвестны].

Харлоу, В.М. и Э.С. Харрар. Учебник дендрологии, 5-е издание. Макгроу Хилл, Нью-Йорк, Нью-Йорк.

Lanjouw, J. [и др.]. 1952 г. и более поздние версии. Международный кодекс ботанической номенклатуры. [Издательство и место издания неизвестны].

Linnaeus, C. 1753. Species planarum (Виды растений). [Издатель неизвестен], Швеция.

Общество американских лесоводов. 1944. Лесная терминология. Общество американских лесоводов [местонахождение неизвестно].

Первоисточник

Эта статья адаптирована с любезного разрешения издателя по адресу:

Little, E.L. 2002. «Заметки о тропической дендрологии». В: Возцо, Дж.А. (Эд). Руководство по семенам тропических деревьев. Справочник по сельскому хозяйству Министерства сельского хозяйства США 721.

Об авторе

Элберт Л. Литтл-младший много десятилетий работал дендрологом в Лесной службе США. Его многогранная карьера включает в себя должности профессора университета, лесного эколога, лесного ботаника, тропического дендролога и автора книг о деревьях. Литтл оказал влияние на всех, кто значительно связан с лесным хозяйством. Его вклад ценится во всем мире. Литтл написал около 23 книг, в том числе более 150 справочников, бюллетеней и статей. Его работа охватила деревья от Арктики Аляски до тропиков Центральной и Южной Америки, Карибского бассейна и Гавайских островов. Книги включают серию атласов из пяти томов о деревьях Соединенных Штатов. Многие книги Литтла написаны как на английском, так и на испанском языке, на котором Литтл свободно говорит.

Связанные выпуски с The Overstory

Overstory #132 — How Trees Survive
The Overstory # 69 — Некоторые основы дерева
The Overstory # 68 — Двенадцать мифов о деревьях

Исследование подземной сети деревьев — нервной системы леса

Валентина Лагомарсино
рисунки Ханны Цукер

сходство с деревьями. На самом деле дендриты, термин для описания выступов нервной клетки, происходит от греческого слова Dendron, означающего «дерево». Хотя связь внешнего вида нервных клеток была сделана с деревьями, сравнение, возможно, было более уместным, чем предполагалось изначально: ученые начинают обнаруживать, что у деревьев есть своя нервная система, которая способна облегчить коммуникацию, память и обучение деревьев. .

Леса представляют собой сложные системы

Леса покрывают 30% земной поверхности и содержат более миллиарда деревьев. Леса известны как «поглотители углерода», потому что деревья поглощают углекислый газ из воздуха, хранят углерод в своих стволах и выдыхают кислород. Ученые использовали это свойство для измерения соотношения между двумя встречающимися в природе формами углерода (углерод ¹² и углерод ¹⁴), чтобы определить возраст деревьев. Этот метод называется углеродным датированием. Используя этот метод, ученые обнаружили, что деревья, живущие в лесах, такие как колония деревьев под названием Пандо, как правило, живут дольше, чем деревья, живущие в городских условиях, часто в изоляции. Дендрологи, ученые, изучающие лесные растения, думали, что, возможно, живущие вместе деревья помогают друг другу, посылая ресурсы через свои корни. Чтобы проверить это в лесах Северной Америки, дендрологи использовали технику, называемую изотопным отслеживанием. В этом эксперименте ученые ввели углекислый газ, заменив его радиоактивно меченым 9.0294 14 углерода в ствол березы (рис. 1). Когда соседние ели были покрыты затененной тканью, чтобы заблокировать их способность получать питательные вещества посредством фотосинтеза, ученые обнаружили более высокий уровень радиоактивно меченого углерода ¹⁴ в их стволах, а это означает, что они, должно быть, получили сахара от березы. Эти эксперименты подтвердили, что деревья действительно общаются друг с другом и делятся питательными веществами через свои корни, образуя сложную систему, которую иногда называют «лесной паутиной».

Рисунок 1: Изотопный анализ. берез (слева) вводили радиоактивно меченый 14 углекислый газ.

Ели (справа) были затенены тканью, чтобы заблокировать их способность осуществлять фотосинтез и генерировать сахар на солнце. Через несколько часов ученые измерили радиоактивно меченный углерод-14 в корнях елей и обнаружили большое количество углерода-14.

С небольшой помощью моих друзей

Эта сложная сеть, соединяющая деревья, зависит от симбиотических отношений с микробами в почве, такими как грибы и бактерии. Симбиоз – это когда два отдельных организма образуют взаимовыгодные отношения друг с другом. Грибы могут покрывать большую площадь поверхности, образуя белые грибковые нити, известные как мицелий. Мицелий распространяется по верхушкам корней деревьев, поглощая сахара из дерева и возвращая дереву жизненно важные минералы, такие как азот и фосфор (рис. 2). Эти симбиотические отношения между корнями деревьев и грибами известны как микоризная сеть (от греческого Myco — «грибы» и Rhiza — «корень»).

Рисунок 2: Симбиоз . Деревья находятся в симбиотических отношениях с микроорганизмами в почве, такими как грибы.

Грибы образуют колонии в виде белых нитей на корнях деревьев, как показано на панели справа. Деревья отдают грибам углерод в виде сахара, а взамен грибы дают деревьям необходимые минералы, такие как азот и фосфор.

Чтобы идентифицировать виды, составляющие микоризную сеть, ученые использовали последние технологические достижения в секвенировании ДНК и анализе больших данных. Микробиологи определили разные виды грибов и бактерий, которые образуют симбиотические отношения с разными видами деревьев. Ученые считают, что все деревья имеют микоризную сеть, но деревья общаются друг с другом только в том случае, если грибковые и бактериальные виды, составляющие их микоризную сеть, одинаковы. Наиболее распространенная комбинация грибов составляет сеть арбускулярной микоризы (АМ), которая, как было установлено, важна для поглощения питательных веществ 65% всех видов деревьев и растений. Остальные 35% видов деревьев и растений могут иметь комбинации других разновидностей грибов, составляющих их сети.

Изучая различные взаимодействия между видами деревьев, ученые обнаружили, что деревья используют сходства и различия в своем микробном «составе», чтобы распознавать другие деревья своего вида, и они предпочтительно делятся с ними питательными веществами через свою микоризную сеть. Это поведение, известное как «распознавание родственников», было недавно изучено, когда несколько семейств пихт Дугласа были посажены на участке, и эксперименты по отслеживанию углерода показали, что деревья одного семейства делят больше углерода, чем между деревьями разных семейств. Ученые до сих пор изучают, почему это происходит, но предполагается, что все растения эволюционировали, чтобы распознавать родственников в репродуктивных целях. Точно так же существуют перекрестные помехи между разными видами деревьев, которые имеют одну и ту же микоризную сеть, например, между березой и елью (рис. 3). Было показано, что межвидовое общение между деревьями повышает приспособленность и устойчивость деревьев.

Микоризные сети чрезвычайно важны для здоровья деревьев во время опасности. Некоторые виды грибов могут повысить устойчивость деревьев к определенным факторам стресса окружающей среды, таким как хищники, токсины и патогенные микробы, которые вторгаются в экосистему. Используя метод, называемый аллелопатией, при котором химический сигнал посылается через микоризную сеть, деревья могут предупреждать своих соседей об инвазивных хищниках или подавлять рост инвазивных видов растений. Затем окружающие деревья могут защитить себя, выделяя летучие гормоны или химические вещества для сдерживания хищников или патогенных насекомых. Было даже обнаружено, что деревья могут посылать сигнал стресса соседним деревьям после серьезного нарушения леса, такого как вырубка леса.

Рисунок 3: Микоризные сети. Деревья общаются с другими деревьями через свою микоризную сеть. Деревья с общей микоризной сетью, такие как береза (слева) и пихта (справа), способны посылать друг другу питательные вещества или сигнализировать друг другу во время стресса.

Изменение климата влияет на микробиом леса

Деревья полагаются на здоровую лесную экосистему, чтобы процветать и защищаться от опасностей. Люди полагаются на здоровую лесную экосистему, чтобы иметь возможность вдыхать чистый кислород. В прошлом году миллионы людей во всем мире испытали на себе разрушительные последствия изменения климата. Изменение климата влияет не только на здоровье и благополучие человека, но и на экосистему наших океанов и лесов. Вырубка лесов по инициативе человека способствует изменению климата, сокращая количество деревьев, способных поглощать углекислый газ. Вырубка лесов не только уничтожает вырубаемые деревья, но и влияет на еще живые деревья, нарушая микоризную сеть, которая важна для коммуникации внутри деревьев.

Изменения климата, проявляющиеся в усилении засух и экстремальных температур, могут еще больше нарушить биоразнообразие микробов в лесу. Это снижение биоразнообразия известно как эволюция с помощью человека или «неестественный отбор». Затем измененная микробиота леса может изменить питательные вещества, которые деревья могут получать, и мы можем начать наблюдать изменения в морфологии деревьев, особенно в форме листьев. Это изменило бы фотосинтетическую способность дерева; например, листья меньшего размера имеют меньшую площадь поверхности для поглощения света, что отрицательно скажется на их способности поглощать солнечные лучи и производить сахар посредством фотосинтеза. Это потенциально может препятствовать росту деревьев и количеству углерода, которым деревья могут делиться с грибами. Кроме того, без биоразнообразной микоризной сети деревья становятся более восприимчивыми к разрушению инвазивными вредными видами насекомых. Ясно, что воздействие, которое мы оказываем на окружающую среду, является самовоспроизводящимся и ведет к опасным последствиям для здоровья наших лесов, но надежда все еще есть. Некоторые ученые пытаются бороться с изменением климата, используя методы редактирования генов для восстановления вымерших экосистем и создавая синтетические микробы, важные для процветающей экосистемы.

Деревья считаются древнейшими живыми организмами на планете. На протяжении веков они были устойчивы к изменениям в окружающей среде из-за их симбиотических отношений с грибами и другими микробами. Предстоит сделать еще так много открытий, чтобы понять древнюю мудрость наших лесов и невидимых микробов, которые поддерживают гармонию наших экосистем.

Валентина Лагомарсино учится на первом курсе программы биологических биомедицинских наук Гарвардского университета.

Ханна Цукер — аспирант второго года обучения по программе нейробиологии Гарвардского университета.

Для получения дополнительной информации:

Чтобы узнать больше о древовидной коммуникации, ознакомьтесь с этим обзором книги
Чтобы узнать больше о дендрологии или изучении деревьев, ознакомьтесь с этим подкастом
Дополнительную информацию о влиянии инвазивных видов насекомых на наши леса см. в статье The Washington Post
Чтобы узнать о влиянии изменения климата на городские деревья, ознакомьтесь с этой статьей Мельбурнского университета
Чтобы узнать о том, что деревья могут рассказать нам о нашей истории, прочтите статью New York Times

8 причин, почему деревья называют деревьями

Все мы знаем, что такое дерево, но знаем ли мы на самом деле? Как вы увидите, дать единое определение столь необычайно широкому и разнообразному набору видов во всем царстве растений нецелесообразно, если вообще возможно. И все же, почему деревья называются деревьями?

Деревья называются деревьями, потому что они представляют собой высокие многолетние деревянистые растения с одним неразветвленным самонесущим стеблем, держащим приподнятую и отчетливую крону ветвей. Слово «дерево» происходит от древнеанглийского слова «treow», которое в первую очередь обозначало большие древесные растения.

Однако это НАМНОГО больше! В этой статье будут рассмотрены 8 особенностей обыкновенных деревьев, которые отличают их от всех других видов растений, и мы подробно расскажем о том, почему деревья называются деревьями. Давайте приступим!

Просто добавим: когда вы совершаете покупки по ссылкам из Tree Journey, мы можем получать партнерские комиссионные, если вы совершаете покупку. Как партнер Amazon, мы зарабатываем на соответствующих покупках.

У всех деревьев есть ствол

Ствол, вероятно, является наиболее заметной визуальной особенностью, которая у большинства людей ассоциируется с деревом. Ни один другой вид растений на земле не стоит на таком одиночном неразветвленном деревянном стебле. В то время как несколько видов растут из комка основания, именно уникальность ствола определяет визуальную идентичность дерева.

Несмотря на то, что стволы различных видов деревьев являются общими, они демонстрируют удивительное разнообразие. Учитывайте форму и форму. На одном конце спектра у большинства сосен, берез, и секвойи стволы почти идеально вертикальны. На другом конце находятся такие виды, как можжевельник, искривленный бук и японский клены с скрученными неправильными стволами.

Обхват самых больших деревьев в мире, измеренный по окружности и диаметру, просто невероятен. Эль-Арбол-дель-Туле в штате Оахака, Мексика, стоит особняком на вершине списка. Несмотря на скромные 116 футов в высоту, дерево имеет окружность 137,8 футов и диаметр чуть более 46,1 футов. Потребовалось бы более 60 взрослых с вытянутыми руками, чтобы обойти его массивный ствол. Вау!

Объем и вес Эль-Арболь-дель-Туле в равной степени сбивает с толку. Имея площадь чуть менее 25 000 кубических футов, он заполнил бы каждый квадратный дюйм дома площадью 3000 квадратных футов с потолками высотой 8 футов! Если вы поместите его 1,1 миллиона фунтов на одну чашу весов, то на другой чаше весов понадобилось бы 111 африканских слонов-кустарников, крупнейших наземных млекопитающих на земле!

Даже колоссальный синий кит не может сравниться с ошеломляющими размерами некоторых деревьев, настоящих крупнейших живых организмов Земли.

Все деревья имеют неопределенный рост

Неопределенный рост относится к способности дерева расти наружу во всех направлениях. Рост дерева происходит двумя способами: первичным и вторичным.

Первичный рост включает увеличение высоты и длины за счет узлов, почек и ветвей. Узел — это любое место на ветке, где образуются листья. После того, как в узле появляется один или несколько листьев, стебель удлиняется, образуя серию дополнительных узлов, за которыми следует терминальная почка на конце стебля.

У более молодых деревьев одна конечная почка обычно растет прямо вверх, образуя то, что известно как лидер. Другие конечные почки растут более горизонтально, образуя дополнительные ветви. Эта повторяющаяся модель роста с течением времени приводит к уникальной кроне каждого вида деревьев.

Вторичный рост — это процесс, при котором стволы, ветви и корни деревьев становятся больше или толще в диаметре. 900:50 Если вы когда-нибудь снимали кору с живой ветки дерева, вы, вероятно, видели мягкий и обычно влажный внутренний слой прямо под ней. Это так называемый сосудистый камбий. Каждый год он производит новую древесину внутри, известную как ксилема, и новую внутреннюю кору снаружи, известную как флоэма.

Нигде повторяющийся ряд вторичных приростов не является более узнаваемым, чем в годичных кольцах внутри каждого ствола.

Каждое дерево имеет годичные кольца

Деревья — единственные растения, которые методично регистрируют продолжительность своей жизни. 900:50 Эта живая запись находится в годичных кольцах ствола.

В умеренном климате сосудистый камбий начинает расти при повышении температуры весной и перестает расти при понижении температуры осенью или зимой. Когда камбиальный рост прекращается, он оставляет за собой темную линию, пока снова не начнется новый рост.

Поскольку деревья постоянно растут наружу из-за неопределенного роста, каждая темная линия становится годовым кольцом, точно так же, как концентрические круги, которые появляются, когда камень брошен в стоячую воду.

Деревья, растущие в тропическом климате, обычно не имеют четко видимых годовых колец. Тем не менее, дендрологи, исследователи деревьев, все еще могут использовать химический анализ для определения их возраста и ширины годичных колец. В годы с большим количеством осадков годовой пояс будет шире. В годы с меньшим количеством осадков или даже с засухой годовой слой будет более узким.

Кто знал, что деревья также предоставляют исторические данные о погоде?!

У всех деревьев есть кора

Как и в случае со стволами, такое же разнообразие можно обнаружить и в окружающей их коре. Кора обычно определяется как два внешних слоя ствола. Внутренняя кора состоит как из живой, так и из мертвой флоэмы сразу за пределами сосудистого камбия, описанного ранее. Наружная кора состоит из мертвой флоэмы и пробки.

Наружная кора дерева является его основной защитой. Подобно коже человека, кора обеспечивает барьер, удерживающий влагу и защищающий от болезней и инфекций. У деревьев очень развита система защиты от травм!

В результате как химических, так и физических процессов повреждения или раны на коре, угрожающие живым тканям, могут быть закрыты или покрыты мозолями. Новая кора в конечном итоге покрывает этот нарост мозоли, чтобы полностью восстановить здоровье дерева до травмы.

Помимо функции коры, людей уже давно интересует ее текстура и внешний вид. Сколько тысяч пар вырезали свои инициалы на гладкой тонкой коре американского бука?

Многие осины и березы имеют такую же мягкую и гладкую кору. Однако у большинства дубов, сосен и гикори кора толстая и достаточно грубая, чтобы расколоть или даже порезать неосторожную руку.

Большое разнообразие цветов коры. Рассмотрим почти чисто белую кору осины или березы в отличие от темно-красной коралловой коры клена или тибетской вишни. Одна из многих захватывающих странностей природы — красивая многоцветная кора радужного эвкалипта раскрывает различные оттенки зеленого, синего, оранжевого, красного и фиолетового!

Чтобы узнать больше о том, почему кора так важна, ознакомьтесь с нашей статьей о том, почему не следует снимать кору с дерева.

Все деревья характеризуются их

высотой
Наряду со стволом высота является другой основной визуальной характеристикой, которая отличает деревья от всех других растений. Виды растений, такие как травы, мхи и кустарники, растут ближе к земле, часто покрывая большие площади. Однако кроны деревьев часто возвышаются над ними, чтобы получать солнечный свет, необходимый для удовлетворения их энергетических потребностей.
Как и в случае со стволами, многие виды деревьев сильно различаются по высоте. Более низкие деревья, часто достигающие зрелой высоты всего около 10 футов, включают яблони, магнолии и боярышники. Самые большие деревья на Земле включают секвойи, гигантские секвойи и прибрежные ели Дугласа.
Самое высокое дерево в мире называется Гиперион. Красное дерево, расположенное в Калифорнии, возвышается на ошеломляющие 397,9 футов! Чтобы поместить это в контекст, 400-футовое здание будет включать где-то от 37 до 45 этажей. Гиперион выше Статуи Свободы и башни Биг Бен в Лондоне.
Хотя не существует реального способа определить самое маленькое дерево в мире, выделяются два вида. Креп мирт, произрастающий в Китае и Корее, может быть всего 3 фута, когда полностью вырастет. Японский клен «Виридис» редко вырастает выше 6 футов, расширяясь от ствола в более кустовидную форму.
Другой способ измерить дерево — по ширине его кроны. Тиммамма Мариману, баньяновое дерево в одном из самых засушливых регионов Индии, обладает самой большой кроной на земле. Его окружность простирается на почти непостижимые 2775 футов, покрывая 5 целых акров земли!
Все деревья известны своим долголетием
Среди всех растений деревья обладают уникальной способностью жить поистине умопомрачительные периоды.
Возьмем Methuselah , древнюю щетинистую сосну в Белых горах Калифорнии, которая считается старейшим экземпляром на Земле. По состоянию на 2022 год Мафусаил регистрируется в преклонном возрасте 4854 лет! Мало того, что это превосходит поколения за поколениями человечества, но и целые цивилизации также приходят и уходят, в то время как это продолжает топтаться на месте.
Sarv-e Abarqu , также известный как «зороастрийский сарв», представляет собой кипарис в Иране. Дендрологи считают, что ему не менее 4000 лет, и, вероятно, это самый старый живой организм в Азии.
Верным свидетельством невероятной способности деревьев выживать в самых суровых условиях является набор Каштан ста лошадей. Расположенный на итальянском острове Сицилия, самый старый каштан в мире растет всего в 5 милях от кратера горы Этна, одного из самых активных вулканов на планете.
Название дерева произошло от легенды о отряде из 100 рыцарей, которые попали в проливную грозу. Согласно легенде, все они смогли остаться в безопасности под массивной кроной дерева.
В то время как отдельные экземпляры приходят и уходят, колонии деревьев часто во много раз старше. Колония деревьев определяется как группа генетически идентичных деревьев (клонов), связанных единой корневой системой. Пандо, или «дрожащий великан», — это клональная колония на юге центральной части штата Юта, возраст которой оценивается в 80 000 лет!
Наряду с неопределенным ростом, этот необычайный возраст достигается в результате способности различных видов деревьев адаптироваться и процветать во многих различных условиях и средах.
Все деревья имеют сложную корневую систему
У большинства растений есть корни, специализированные ткани, в основном расположенные под почвой, которые поглощают и транспортируют воду и питательные вещества для поддержания жизни и роста растения. Даже те, которые этого не делают, например мхи и печеночники, имеют структуры, называемые корневищами, которые выполняют аналогичную общую функцию. Нигде в царстве растений нет такой сложной и развитой корневой системы, как у деревьев.
Размер и масштаб корневой системы дерева поразительны. Самые большие и высокие деревья часто имеют отдельные корни, диаметр которых превышает 15 футов. Одни только эти в основном подземные корни намного превышают видно участка даже самых крупных видов кустарников и кустарников.
Корни деревьев расходятся радиально и горизонтально от основания во всех направлениях. Поскольку их основная функция заключается в транспортировке воды и питательных веществ, корни редко простираются ниже верхнего слоя почвы на несколько футов. Это верно независимо от того, 20 лет дереву или 2000. Корни поддерживают дерево не столько своей глубиной, сколько своей длиной.
Каждый раз, когда идет дождь, больше воды попадает на землю за пределами области, покрытой кронами деревьев, чем непосредственно под ними. Эта демаркационная линия известна как капельная линия. Эта «линия» представляет собой круг или овал, поскольку она отмечает различие между этими двумя областями, как если бы вы смотрели прямо вниз с высоты птичьего полета и прослеживали контур купола.
Корни деревьев могут в 4-7 раз выходить за пределы капельницы. Например, рассмотрим дерево с капельной линией в десяти футах от основания ствола во всех направлениях. Это было бы эквивалентно протягиванию веревки длиной десять футов от ствола и обходу дерева по окружности, сохраняя его натянутым. Чтобы точно зафиксировать истинное пространство всей корневой сети, вам нужно будет сделать то же самое с веревкой длиной 40-70 футов!
Даже используя консервативное значение, кратное 5, дерево со скромной 30-футовой кроной, посаженное прямо посреди футбольного поля, будет иметь корневую систему, распространяющуюся на обе крайние зоны!
Некоторые деревья, такие как березы, имеют далеко расходящиеся корни, поэтому при посадке рядом с домом нужно соблюдать осторожность. Но многие деревья в целом соответствуют приведенным выше характеристикам.
Все деревья живут в сообществах
Деревья не только часто растут колониями, но и имеют очень сложные средства общения друг с другом и с другими видами деревьев.
В «Скрытая жизнь деревьев: что они чувствуют, как они общаются» немецкий лесник Петер Волллебен излагает науку, лежащую в основе растущего убеждения, что деревья ведут себя как своего рода суперорганизмы.
Через свои коллективные корневые сети деревья могут посылать друг другу химические, гормональные и даже электрические сообщения для улучшения роста и выживания. В качестве одного конкретного примера, когда один или несколько членов колонии порезаны или иным образом ранены, здоровые члены колонии перенаправят дополнительные ресурсы и лечебные составы на раненых.
Деревья также могут предупреждать других об опасности, испуская в воздухе феромоны и другие запаховые сигналы!
I Одним из ошеломляющих примеров может служить акациевая акация с широкой короной, любимая еда жирафов. 900:50 Когда жирафы начинают жевать листья акации, они выделяют газ этилен в качестве сигнала бедствия. Соседние акации обнаруживают газ и начинают накачивать больше дубильных веществ в свои листья. Так уж получилось, что при употреблении в больших количествах эти дубильные вещества могут вызвать у жирафов тошноту или даже убить их.
Деревья могут даже общаться и формировать взаимовыгодные союзы с другими видами. Например, известно, что ели и березы Дугласа часто делятся ресурсами и сообщают друг другу об опасностях, которые могут затронуть их обоих.
В лесу более крупные и зрелые экземпляры данного вида деревьев будут закачивать сахар, воду, углерод и другие жизненно важные ресурсы в отдельные корни молодых саженцев, которые появляются в полностью затененных местах. Эти так называемые «Материнские деревья» увеличивают выживаемость саженцев на целых 400%. Если вырубить слишком много, могут рухнуть целые сети деревьев.
В то время как все растения в той или иной степени взаимодействуют друг с другом, деревья демонстрируют беспрецедентную способность общаться друг с другом очень продвинутыми способами, которые ученые только сейчас исследуют.
Откуда берутся деревья?
В зависимости от того, кого вы спросите, вы, скорее всего, получите несколько разных ответов. Некоторые могут быстро идентифицировать воду. Другие могут так же быстро указать на питательные вещества в почве. Семена — еще один часто упоминаемый ответ.
Итак… кто прав?
Как это часто бывает с научными вопросами, ответ не так прост, как вы думаете. Давайте копнем глубже, чтобы понять, где находится материя, формирующая реальную субстанцию деревьев на самом деле . Верный ответ, скорее всего, вас удивит.
Всем живым существам, растениям или другим существам, для выживания нужна вода. То же самое касается продуктов питания (минералы и питательные вещества). То же самое снова для воспроизведения. Любопытно, однако, что ни один из этих факторов не объясняет фактическое существование того, что мы видим, осязаем и используем в качестве древесины, которая отличает дерево от других живых существ.
Хотите верьте, хотите нет, но настоящий секрет — это воздух! Не убежден? Покойный великий Ричард Фейнман, физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии, педагог и, возможно, один из самых умных людей, когда-либо живших, сказал Би-би-си в 1919 году.83 что деревья сделаны из воздуха. Не теоретически, не гипотетически, а буквально .
Как он и другие ученые описывают, деревья, как и все другие живые существа, состоят из углерода. Углерод, из которого состоят деревья, поступает непосредственно из-за способности солнца разделять углекислый газ в воздухе на атомы углерода и кислорода. Каждая молекула углекислого газа состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода.
Когда солнечный свет расщепляет углекислый газ, два атома кислорода выбрасываются в воздух в качестве побочных продуктов. Атом углерода, однако, соединяется с водой и несколькими другими основными ресурсами, образуя вещество, которое пропитывает каждую клетку дерева. Поскольку вода также возникает из воздуха, независимо от того, где она в данный момент находится на земле, можно начать понимать идею о том, что деревья сделаны из воздуха.
Однако уловить и понять это потрясающее откровение — совсем другое дело. Г-н Фейнман предлагает пример, который мы все можем по крайней мере сопоставить, чтобы помочь нам в этом усилии. Рассмотрим горящее полено в огне. Древесина содержит физическое вещество, преимущественно углерод, который образовался, когда солнце разделило углекислый газ на углерод и кислород.
При достаточном нагревании бревно начинает гореть, выделяя при этом тепло и свет. Чем больше дров, тем больше тепла и света. Фейнман объясняет, что тепло и свет, которые мы чувствуем и видим, — это солнечная энергия, которая была сохранена в древесине, когда она формировалась.
Когда бревно сгорает, углерод высвобождается обратно в воздух, где он сразу же соединяется с кислородом для преобразования углекислого газа. Когда вся энергия, содержащаяся в бревне, исчерпывается, оно перестает существовать в материальной форме, выпустив всю свою химическую энергию обратно в воздух. Расскажите о просвещении!
Вот и все!
Какими бы ни были ваши отношения с деревьями, понимание восьми черт, описанных выше, поможет вам лучше понять эти поистине невероятные экземпляры.
To recap, most trees all share the same features of:
Trunk
Indeterminate growth
Annual rings
Bark
Height
Longevity
Корневая система
Жизнь сообщества
В следующий раз, когда вы убежите в лес, будь то книга, фильм, журнал или во плоти, вы можете насладиться заново открытым или вновь обретенным чувством радости от того, что вы делитесь нашей землей.