Благодаря простому методу удалось наблюдать, как пузырьки воздуха убивают листья в период засухи

Г.А. Романов

Вода поддерживает фотосинтез и рост наземных растений, при этом она должна быть доставлена из почвы к листьям в условиях отрицательного гидростатического давления. Высыхание почвы приводит к росту натяжения водного столба, повышая риск его разрыва, в результате которого эмболия перекрывает подачу воды, что приводит к гибели ткани во время засухи. Замысловатые узоры жилок, которые украшают листья наземных растений, являются одними из наиболее важных сетей в биологии. Вода течет в этих оросительных сетях листьев под большим натяжением и этот водный поток является уязвимым к эмболии и процессу кавитации. Способность листьев противостоять образованию пузырьков в сосудах – ключевая адаптация в эволюции растений, но до сих пор визуализировать этот процесс не удавалось. Понимание того, каким образом растения организуют структуру водоносной сети для защиты от эмболии, вызванной недостатком влаги,связано с огромными экологическими и эволюционными последствиями. 

В данном исследовании разработан простой оптический метод, который позволяет следить за развитием и распространением эмболии во всей сосудистой сети листа в режиме реального времени. Для воплощения метода достаточно иметь микроскоп или даже сканнер. В результате работы сформулированы определенные правила, которым следуют "поломки" гидравлической системы внутри сосудов. Самое основное правило состоит в том, что в пределах отдельной сети жилкования восприимчивость к эмболии всегда увеличивается пропорционально диаметру жилок, и начальное зарождение пузырьков всегда происходит в самом крупном сосуде. Помимо этого общегоправила, обнаруженное значительное расхождение в видовой устойчивости сосудистой сети оказалось связано с различиями в сетевой топологии сосудов. Сеть повышенного риска оказалась в листьях папоротникаAdiantum, тогда как в листьях покрытосеменногорастения(дуб) система жилкования более устойчива. Эти результаты наглядно показывают, каким образом структура жилкованиялиста и размер сосудов определяют возможность повреждения листьев пузырьками воздуха во время засухи.На сайте своей публикации авторы предоставили широкой публике не только цветные картинки результатов применения метода, но и видеофильм, который стоит посмотреть.

Подробности: Proceedings of the National Academy of Sciences.  Published online April 11, 2016. doi: 10.1073/pnas.1522569113; Science News, 2016, 189, No10, p.32.