shkrobius (shkrobius) wrote,
shkrobius
shkrobius

Categories:

Листья

Почему падают листья?

Широко преобладает мнение, что это адаптация к морозам; однако, это неверно. Цветковые растения сезонно сбрасывали листья уже в меловом периоде - за десятки миллионов лет до первых морозов. Листопад - преадаптация к жизни в холодном климате; естественно, что в таких поясах встречается много лиственных деревьев. Существуют морозоустойчивые вечнозеленые растения (скажем, рододендроны); в тропиках немало лиственных (сезонно сбрасывающих листья). Чаще всего такие деревья растут в местах, где периодически случается засуха, но растут они и там, где рядом по соседству прозябают вечнозеленые растения. Сбрасывание листьев может оказаться полезно во многих ситуациях. Был бы механизм для синхронного сбрасывания листвы, а цель найдется.

А как же елки? Елки тоже сезонно сбрасывают иголки. Иголки служат им несколько лет; какие из иголок упадут осенью, определяется выслугой лет и эффективностью фотосинтеза. Некоторые хвойные сбрасывают иголки каждый год. Главное достоинство иголок в том, что они жесткие и меньше подвержены зимним ветрам.

***

Основная причина листопада заключается в сл. нетривиальном утверждении: невозможно сделать пассивную мембрану, которая бы пропускала углекислоту, но не пропускала воды. Это невозможность не следует с необходимостью из законов физики или химии, и я не берусь сказать, почему это так; при этом я наверно знаю, что это так. Вся земная жизнь есть "адаптация" к этому неписанному закону. Если бы существовало исключение, за миллиарды лет оно было бы обнаружено; так как этого не произошло, я не верю, что исключение существует, хотя и не могу этого доказать.

Одно из следствий неписанного закона природы такое: фотосинтез на суше с необходимостью сопровождается потерей воды. Если углекислота заходит в лист, будет идти транспирация. Эрго: ограничение испарения (необходимое при морозах или засухах) автоматически уменьшает фотосинтез. Фотосинтез круглый год может быть полезен (если смотреть на годовой баланс), но (1) его эффективность при недостатке влаги резко уменьшается и (2) необходима защита плохо функционирующих листьев от потери воды, которая окупается только ценой их большей продуктивности во влажный сезон. Сбрасывать листья все равно необходимо, хотя бы из-за постепенных фотохимических и механических повреждений и/или паразитизма. Дереву в любом случае нужен механизм извлечения азотистых веществ (например, хлорифилла) из листьев, перед тем как их сбросить. Он есть у всех деревьев. Особенность лиственных в том, что они простаивают сухую часть года совсем без листьев.

***

Я живу в зоне прерий; естественных хвойных лесов вокруг нет. Саженных много. Если посадить сосенку или елку, они отлично растут, хотя молодые деревья душат лианы. Почему же нет хвойных? В прерии часто бывают пожары (наши прерии - результат пожаров: американские индейцы веками жгли леса для охоты). Лиственные леса менее подвержены пожарам, чем хвойные. Одна из стратегий вечнозеленых деревьев против потери воды и ее кристаллизации - использование смол. Смолы резко увеличивают вероятность уничтожения дерева в пожаре. Несколько недель назад бушевали пожары в Калифорнии, которые едва удалось ограничить в нескольких изолированных долинах. Пожар перекидывался через 6-полосную автодорогу: ветер подхватывал угольки. На ровной местности огню нет никаких преград вообще, кроме широких рек. В наших местах пожар представляет одну из основных опасностей дереву за время его жизни.

Вечнозеленые деревья в сухой период возможны; можно так изменить конструкцию листа, чтобы шел частичный фотосинтез. Среднегодовой энергетический баланс может сместиться в пользу таких вечнозеленых деревьев, но это только одна сторона дела. Большинство подобных приспособлений требует частичной замены воды в тканях листа на органику. Тут начинается действие другого неписанного закона: невозможность изготовления антипиренов, состоящих только из атомов углерода, кислорода и водорода. Все наши антипирены включают галогены, бор, фосфор: соответствующие радикалы ингибируют цепные реакции горения. Например, на пылающие калифорнийские леса сбрасывают смесь боратов и фосфата аммония.

Если в список к CHO добавить азот, я не берусь утверждать, что антипирены в принципе невозможно, но это не важно. У дерева все равно нет ресурсов для необходимого количества азота и пр. элементов, которых едва хватает на нуклеиновые кислоты, фосфаты, структурные белки и энзимы. CHO берутся из атмосферы и воды, они дереву практически ничего не стоят, шел бы только фотосинтез. Остальное слишком ценно, чтобы делать из него ткани. В дереве преобладают CHO материалы вроде целлюлозы и лигнина. Любое низкомолекулярное CHO соединение, замещающее в листе воду, будет увеличивать его горючесть.

А как же елки? Горят они, эти елки, как свечки; потому-то мы имеем зоны широколиственных лесов. Две стратегии - елок и не-елок - совершенствовались миллионами лет и метаболический баланс между конечными продуктами этой долгой эволюции, вероятно, близок; преобладание той или иной стратегии определяется дополнительными соображениями, вроде устойчивости к пожарам. Листья нужно сбросить, чтобы они истлели, чтобы пожар шел по земле.

Интересно, возможна ли какая-то новая стратегия, кроме двух имеющихся?.. Я пытался придумать, но не смог: то одна непреодолимая трудность возникает, то другая.

Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Contents

    If a man will begin with certainties, he shall end in doubts; but if he will be content to begin with doubts, he shall end in certainties. (Bacon)…

  • Канадские загадки

    Гостил у сына в Монреале и увидел в местной газете неизвестную мне загадку (они ее binaire называют). Пишут, она возникла в Японии, оттуда…

  • Индийский желтый

    Мне нечего стыдиться: мои Тернеры висят в Лондоне, Нью-Йорке, Париже, Берлине, Вене. Я прочел все, написанное о его живописи, - а это сотни полотен…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 53 comments