Боязнь замерзнуть ночью определила размер листьев

Известно, что средний размер листьев растений зависит от широты, на которой они произрастают. Международная группа ученых проанализировала более 7 тысяч видов растений и с использованием простой физической модели показала, какие именно климатические параметры определяют размер листа. Оказалось, что наиболее важным фактором, влияющим на размер листьев, является температура в ночное время суток. Работа опубликована в Science.

Площадь листьев у различных растений варьируется в очень широких пределах: от 1 квадратного миллиметра до 1 квадратного метра. При этом известно, что листья имеют в среднем меньшую площадь ближе к полюсам и большую — в околоэкваториальных зонах. На размер листьев влияет стремление растения увеличить эффективность фотосинтеза в данных климатических условиях и при этом не перегреться. Поэтому площадь листа определяется всей совокупностью процессов, связанных с фотосинтезом, клеточным дыханием и теплообменом за счет транспирации. До настоящего момента считалось, что в первую очередь площадь поверхности листа определяется балансом между доступностью воды и процессами теплообмена, однако никакого исследования, количественно подтверждающего эту взаимосвязь, не проводилось.

В своей новой работе международный коллектив ученых изучил 7670 видов растений и попытался найти корреляцию между размером их листьев и различными климатическими параметрами. Размер листьев связали с влажностью, уровнем освещенности, количеством осадков и суточными и сезонными колебаниями температуры. Для описания полученных зависимостей они использовали не только стандартную двумерную корреляционную модель, но также предложили простое физическое описание, основанное на балансе полученной и потерянной листом энергии. Так, энергия, попадающая на поверхность листа с солнечным светом, должна быть равна суммарной энергии, потерянной в результате теплообмена с воздухом, как за счет разницы температур, так и за счет транспирационных процессов.

С использованием количественных оценок и полуэмпирических моделей для транспирации ученым удалось показать, что основной климатический параметр, который определяет размер листьев — это температура в ночное и дневное время суток. Корреляция с остальными параметрами тоже наблюдается, но эти параметры не являются определяющими. Таким образом, размер листа должен быть таким, чтобы лист не перегрелся в дневное время суток и не замерз — в ночное. При этом оказалось, что на 51 проценте суши размер листьев определяется ночной температурой, на 38 процентах — дневной, а на 7 процентах суши и ночная, и дневная температура ограничивают размер листа.

Ученые установили, что, несмотря на то, что в каждой климатической зоне на каждой широте, конечно же, существует большое разнообразие растений с листьями разных размеров (и ограничивается оно не только климатом, но и тенистостью, составом почвы, количеством и разнообразием травоядных животных), именно климат является определяющим фактором, который влияет на средний размер листьев для данной широты или климатической зоны.

Раньше мы рассказывали, чем определяются другие свойства листьев растений, например, цвет или интенсивность фотосинтеза.

Александр Дубов