Вчені перетворили ліс на лабораторію, щоб зрозуміти, як деякі види справляються з періодичними посушливими періодами.
Тканини живих дерев можуть зберігати секрети того, чому одні можуть відновлюватися після посухи, а інші гинуть. Але ці тканини складно оцінити у зрілих лісах. Зрештою, 90-річні дерева не можуть поїхати в лабораторію, щоб отримати зображення. Тож більшість досліджень впливу посухи на рослини проводяться в лабораторії та на молодих деревах — або шляхом видалення серцевин із дорослих дерев.
Барбара Бейкірхер, екофізіолог з університету Інсбрука в Австрії, та її колеги запропонували інший підхід: вони перенесли лабораторію на дерева.
У Кранцберзькому лісі поблизу Мюнхена команда оснастила насадження дорослих ялин і буків міцними, водонепроникними ультразвуковими датчиками. Деякі трибуни були накриті дахами, щоб запобігти літньому дощу, створивши умови штучної посухи.
П’ять років моніторингу виявили, що буки ( Fagus sylvatica ) більш стійкі до посухи, ніж ялини ( Picea abies ), повідомила команда в грудневому журналі Plant Biology . Заглиблення в основні механізми пояснило цю різницю.
Дерева, які постраждали від посухи, виробляли більше ультразвукових сигналів, ніж дерева, які піддавалися літнім дощам. Ці слабкі акустичні хвилі відбивалися від повітряних бульбашок, які називаються емболіями, глибоко всередині судинної системи дерев. Поверхневий натяг забезпечує рух води крізь тисячі крихітних судин дерева — випаровування з пор листя піднімає воду вгору по стовбуру. Але якщо в ґрунті недостатньо води, ця тяга вгору може спричинити емболію, яка закупорює судини. Під час експериментів ялини дзвонили набагато більше, ніж буки, що свідчить про те, що вони мали набагато більше емболій.
І це незважаючи на той факт, що буки менш консервативні щодо управління водними ресурсами, принаймні надземними. Дерева можуть запобігти емболії, закривши пори на своєму листі, але є компроміс. Це припиняє надходження вуглекислого газу, який стимулює фотосинтез, який утворює вуглеводи та цукор, необхідні деревам для життя та росту. У посушливих умовах дерева стикаються з неможливим вибором «між голодуванням і смертю від спраги», — каже Бейкірхер.
Буки менше постраждали від емболії, ніж ялина, навіть якщо їхні пори залишалися відкритими довше, ніж хвойні. Можливо, це тому, що буки мають коріння, які простягаються в глибший, вологіший ґрунт, а також більш надійні запаси води, каже Бейкірхер. Інший набір експериментів після того, як дослідники позбулися посухи, показує, що це так.
Наприкінці експерименту команда змочила ґрунт. Усі дерева добре відновилися за більшістю показників: темпи фотосинтезу в попередньо висохлих деревах досягли показників дерев у контрольних групах і емболіях, наповнених водою.
Але коли Beikircher виміряв стійкість дерев до електричного струму, показник рівня вологи в глибині стовбурів, запаси води в ялинах все ще були вичерпані. Одного сезону дощів не вистачило, щоб ці дерева повністю відновилися. Незрозуміло, чи зможуть ялини відновити свої запаси після тривалої посухи або скільки часу це може зайняти.
Види, які можуть витримувати умови посухи та швидше відновлюватися, можуть стати більш чисельними в майбутніх лісах, оскільки зміна клімату спричиняє частіші та інтенсивніші посухи. Це означає, що склад дерев, з яких утворюються світові помірні ліси, може змінюватися в міру потепління клімату з невизначеними наслідками для інших рослин і тварин у цих екосистемах.
Beikircher планує перевірити, чи може більш різноманітний ліс допомогти вижити таким чутливим до посухи видам, як ялина. Буки з глибоким корінням упереміш зі смереками можуть допомогти збільшити вологість у верхніх шарах ґрунту, відводячи воду до коріння ялини, каже вона.