Почему у засухоустойчивых растений маленькие листья?

В условиях засухи возникает опасность воздушной закупорки водопроводящих сосудов растения.

Платан кистистый, любитель влажных почв (фото briweldon)

Самый маленький и самый большой лист у растений различаются по размеру в тысячу раз, но, парадокс, причины такой изменчивости до сих пор не вполне ясны. Очевидна биогеографическая закономерность: в сухих районах листья маленькие, во влажных тропиках — большие, но что именно заставляет листья принимать такие размеры в зависимости от условий обитания? По словам исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, маленькие листья лучше адаптированы к более сухим условиям за счёт строения своей сосудистой системы.

Растение поднимает воду от корней через волокна ксилемы к жилкам листьев, чтобы пополнить её запасы, расходуемые в результате деятельности клеток листа, ведь, открывая устьица, чтобы забрать углекислый газ для фотосинтеза, лист одновременно испаряет воду. Очень важно, чтобы столб воды не прерывался, то есть чтобы в растительных сосудах не возникало воздушной эмболии — закупорки сосуда пузырьком воздуха. А именно это становится реальной опасностью для растений, обитающих на сухих почвах: чем суше почва, тем больше вероятность того, что столб жидкости где-нибудь разорвётся с образованием пузырьковой преграды. И в этом случае, как пишут исследователи в своей статье в Plant Physiology, мелкий лист оказывается очень кстати.

Церкокарпус горный привычен к засушливым условиям. (Фото Eric in SF.)

Дело в том, что у любого листа сосуды — жилки — делятся на главные и второстепенные. Главные хорошо заметны даже невооружённым глазом, и у большого листа они расходятся далеко, а у мелкого, наоборот, проходят через лист рядом друг с другом. При закупорке такой жилки на крупном листе доступ воды перекроется сразу для большой площади. У маленького же на помощь придут соседние жилки, послужив обходным маршрутом для воды, насытив жидкостью те клетки, которые находились «в ведомстве» закупоренного сосуда. Это можно сравнить с шоссе, ведущим в город: если на въезде случится авария, доступ будет закрыт сразу на все мелкие дороги города; если же рядом проходит ещё одна въездная трасса, трафик переключится на неё. Исследователи проверили свою гипотезу на листьях разного размера и убедились, что у мелких главные сосуды действительно упакованы более плотно, а потому такие листья более устойчивы к воздушной закупорке проводящей системы. Небольшая листовая поверхность более эффективна при распределении воды, особенно в условиях постоянной засухи; грубо говоря, этот водопровод более совершенен.

Предыдущая гипотеза предполагала, что мелкие листья быстрее охлаждаются и меньше испаряют влаги, а поэтому растения с такой листвой получают эволюционное преимущество в сухом и жарком климате. При этом теория не объясняла, что заставляет растения формировать мелкие листья в сухих, но холодных условиях. Исследователи надеются, что их данные позволят ответить на многие вопросы, связанные с эволюцией растений и их адаптацией к окружающей среде.

Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.