Эмболия? Почему деревья погибают от засухи

Учёные, изучающие леса, говорят, что обнаружили нечто тревожное в том, как длительная засуха влияет на деревья.
Это связано с тем, как деревья пьют. Они делают это не так, как мы — они высасывают воду из земли вплоть до листьев, через пучок каналов в части ствола, называемой ксилемой. Пучки похожи на кровеносные сосуды.

Когда засуха иссушает почву, дерево нужно сосать сильнее. И это на самом деле может быть опасно, потому что  увеличивает риск попадания пузырьков воздуха в систему дерева.

Воздушная эмболия в узкой водотранспортной ячейке в листе грецкого ореха, полученная с помощью световой микроскопии.

Стресс от засухи увеличивает вероятность эмболии, уменьшает фотосинтез и может в конечном итоге привести к гибели растений.

Исследователь растений Брендан Чот объясняет: «По мере того, как усиливается засуха, всё больше и больше газа накапливается в водопроводящей системе растений — до тех пор, пока они не смогут поднимать воду в листья. Это действительно плохая ситуация для растения, это подобно тому как иметь эмболию в кровеносном сосуде человека».

Как человеческая эмболия, пузырьки газа останавливают поток жидкости. Если это продолжается длительно, то может означать жажду, голод и в конечном итоге смерть.

Чоат из университета Западного Сиднея в Австралии, в регионе, где наблюдались годы рекордной засухи, задавался вопросом: сколько нужно длиться засухе, чтобы деревья начали задыхаться от воздушных пузырьков?

Он и группа исследователей изучили 226 видов деревьев по всему миру, в том числе деревья в пустыне, тропических лесах и многие другие. Они обнаружили, что для большинства деревьев не требует большой засухи вообще.

«Так что это ключевой момент — говорит Чот, — что потребуется всего лишь небольшой сдвиг с точки зрения влажности окружающей среды, температуры … чтобы подтолкнуть эти растения к порогу смерти».

То есть порог между началом засухи и удушьем. Причиной столь малой погрешности является то, что деревья должны точно сбалансировать еду и питье. Чтобы поесть, они открывают отверстия в листьях, называемые устьицами, чтобы поглощать углекислый газ. Но чем больше они это делают, тем больше они теряют воду при транспирации через устьица. Потеряв слишком много, они должны восполнить запас и начать сосать сильнее — а это риск смертельной эмболии.

«Лаборатория пыток» убивает деревья, чтобы узнать, как их спасти.
Исследования Чоата в журнале Nature показывают, что для того, чтобы деревья начали самоуничтожаться, не требуется большой засухи.

Но как насчет деревьев, которые эволюционировали, чтобы жить в очень жарких и сухих местах?  Учёные, такие как Беттина Энгельбрехт, полагали, что у таких деревьев будет больший запас прочности, прежде чем они задохнутся. «Однако, мы находим, что всё происходит одинаково — все они имеют одинаково очень рискованную стратегию».

Энгельбрехт из Университета Байройта в Германии изучает деревья тропических лесов. «Теперь нам нужно беспокоиться о них», — говорит она. «Мы должны реально решать проблему в глобальном масштабе». Это потому, что температура растёт по всему миру. Это делает засуху более вероятной и более интенсивной. В последние годы сильные засухи обрушились на юг Европы, Россию, Австралию и США.

Первые 10 месяцев 2012 года были самыми тёплыми за всю историю континентальной части США. Наряду с жарой наступила широко распространённая засуха, которая всё ещё сохраняется на юго-западе.

Натан Макдауэлл, научный сотрудник государственной лаборатории Лос-Аламос в Нью-Мексико, на самом деле сажает деревья под пластик, чтобы увидеть, как они справляются с меньшим количеством воды и большим количеством тепла. Он говорит, что деревья являются адаптируемыми, до определённого момента.

«Сейчас мы меняем этот климатический диапазон очень быстро, — отмечает он, — быстрее, чем это испытывали живые растения. Так могут ли они измениться достаточно быстро, чтобы приспособиться? Знаете, сейчас преобладают свидетельства что во многих точках мира они не адаптируются достаточно быстро».

Они не адаптируются и перестают расти. Жуки и другие насекомые вторгаются более интенсивно в этот период. Если засухи продолжаются достаточно долго, леса просто умирают и заменяются чем-то другим.