Почему ёлки зелёные? учёные раскрыли секрет хвойных деревьев
Сосна Старый Тикко в Швеции. Фото © Wikipedia
Этому дереву 9550 лет. Такие цифры выдал радиоуглеродный анализ. Это обыкновенная сосна, Pinus sylvestris. Она растёт по всей Евразии. Конкретно этот экземпляр нашёл профессор шведского Университета Умео Лейф Куллман на горе Фулуфьеллет в центре страны. Он назвал его Старым Тикко (в честь своей собаки). Теперь это одна из главных достопримечательностей расположенного в тех местах национального парка. По оценкам исследователей, старейшее из известных отдельно стоящих деревьев.
Не в последнюю очередь из-за него биологи из того же университета задались вопросом о секретах живучести хвойных. Больше всего их интересовало, что именно происходит внутри иголок зимой. И дело не только в промёрзшей земле и, как следствие, полном отсутствии воды. Как с этим справляются вечнозелёные, вполне понятно — для того природа и наградила их тонкими иголками вместо плоских листьев. Меньше площадь поверхности — меньше испарения. Плюс слой воска на каждой иголочке. Но есть ещё одна проблема. На самом деле тяжелее всего хвойным деревьям приходится даже не зимой, а ранней весной. Ещё очень холодно, а солнца уже довольно много. И это весьма неудачное сочетание: интенсивный свет в морозные дни может навсегда разрушить белки, необходимые для фотосинтеза. Спрашивается, как же хвойным удаётся этого избежать?
Учёные три зимы подряд рассматривали сосны в микроскоп. Как они подчеркнули, работать приходилось не где-нибудь в тёплой лаборатории, а прямо на морозе. Чтобы увидеть, что творится в хвоинках в условиях суровой зимы.
Как выяснилось, хвойные деревья зимой переходят на особую — «сокращённую» — схему фотосинтеза. Надо сказать, это вообще невероятно сложный процесс. В растениях работают два совершенно разных светособирающих комплекса: фотосистема I и фотосистема II. Правда, в порядке очерёдности получается, что сначала запускается вторая, а потом первая. Фотосистема II вырабатывает кислород из воды. Фотосистема I участвует в преобразовании углекислого газа. Летом действуют оба аппарата, но зимой они полноценно работать не могут — как минимум потому, что нет доступа к воде в жидком виде. Возникает вопрос: что делать с весенними лучами? Как установили учёные, хлорофиллы в фотосистеме II поглощают свет, но для собственных процессов его не используют, а передают энергию фотосистеме I. Измерения показали, что как раз ранней весной в фотосистему I поступает максимум «донорского» света. А там вся эта энергия рассеивается специальным пигментом. Таким образом удаётся благополучно пережить мороз и солнце и дождаться потепления, чтобы снова начать выработку кислорода.
Биологи уверены, что без этой способности хвойные деревья не могли бы оставаться вечнозелёными и выживать там, где другие растения жить не могут. А без них на Севере не могли бы выжить и люди — это был и материал для строительства домов, и дрова. И, наконец, ещё один занятный вывод учёных: трудно представить, что бы мы наряжали под Новый год, не будь на свете хитрого зимнего фотосинтеза.
Вас обманули! деревья – не лёгкие планеты
Все мы очень любим растения, в особенности деревья. Когда где-то что-то вырубают, уничтожают лес, парк или аллею, люди возмущаются, говорят, что им будет нечем дышать, что деревья – это лёгкие города (и планеты).
На самом деле это заблуждение, потому что деревья хоть и выделяют кислород, но недостаточно для того, чтобы их вклад в состав земной атмосферы был ощутим. Кроме того, в процессе жизнедеятельности они сами этот кислород и поглощают.
Давайте посмотрим, как в действительности у деревьев обстоят дела с кислородом, на примере больших лесных массивов – скажем, лесов Амазонии.
В августе 2022 года, когда горели дождевые леса Амазонии, все газеты, политики, знаменитости и общественные деятели тиражировали один и тот же факт: бразильские леса производят 20% всего кислорода. Кто-то даже посчитал эти пожары угрозой для жизни на планете.
В реальности же деле вклад Амазонии в объём мирового кислорода совсем невелик. Согласно исследованию 2022 года, все тропические леса Земли отвечают за выработку 34% того кислорода, который производится на суше. На Амазонию приходится чуть меньше половины этих лесов, и они вырабатывают около 16% кислорода на суше, считает эколог Ядвиндер Мали из Института изменений окружающей среды Оксфордского университета.
Если учесть кислород, который вырабатывает фитопланктон в океане, доля тропических лесов Бразилии падает до 6-9%.
Но это ещё не всё. По ночам, когда фотосинтеза не происходит, подлые деревья начинают поглощать полученный днём кислород и выделять углекислый газ. Называется это клеточным дыханием. Мали и его исследовательская группа полагают, что деревья расходуют чуть больше половины того кислорода, который они же сами и произвели. Оставшуюся часть тратят тропические микроорганизмы, чтобы разложить мёртвые деревья и другую органику.
В результате вклад лесов Амазонии или любого другого биома в объём земного кислорода составляет около 0%, уверен британский учёный.
Специалист по атмосфере Университета штата Колорадо Скотт Деннинг говорит, что кислород, которым мы дышим, появился благодаря океаническому фитопланктону, который накапливал этот газ миллиарды лет. Кислород не пропал благодаря тому, что огромные массы планктона скапливались на дне морей, прежде чем до них добирались микробы. Иначе весь кислород был бы израсходован на разложение мёртвых организмов. По словам Деннинга, процессы, определяющие количество кислорода в атмосфере, происходят в течение длительных геологических периодов и не подвержены влиянию фотосинтеза.
Тем не менее, леса очень важны для охлаждения планеты, которое как раз и происходит за счёт извлечения углекислого газа из атмосферы. Поэтому учёные сравнивают их не с лёгкими, а с гигантским кондиционером, который смягчает последствия изменения климата на Земле.
Таким образом, глобально деревья никак не влияют на количество кислорода. Это же касается и наших городов. Если в городе не будет деревьев, не будет парков и аллей, количество кислорода от этого не изменится. Но роль кондиционера никто не отменял. Деревья охлаждают город, причём не только путём поглощения углекислого газа, но и просто за счёт тени, которую они создают. В результате температура на улицах с деревьями намного ниже, чем на улицах без деревьев:
Под деревьями комфортно гулять. Растения и зелень выполняют ещё и психотерапевтическую функцию, потому что человек вышел из леса, и ему гораздо приятнее находиться среди деревьев, чем среди бетонных коробок. Это наши первобытные инстинкты, поэтому мы стремимся добавить зелень в свой дом, нам хочется что-то сажать у себя на участке. Зелёный город – это в первую очередь комфорт. Деревьев в городе должно быть как можно больше! Но вот конкретно за кислород они не отвечают.
Сколько кислорода в воздухе зимой?
Есть такая народная поговорка: «Лето для души, зима для здоровья». Суть утверждения в целебности зимнего морозного воздуха. Эта поговорка, разумеется, только для тех, кто зимой не сидит в помещении, а активно двигается на воздухе. Почему зимний воздух считается полезным? Правда ли, что в нем больше кислорода?
В атмосферном воздухе содержится примерно 78% азота и 21% кислорода (по объему). Согласно законам физики, в частности универсальному газовому закону, если при постоянном давлении температура газа уменьшается, то уменьшается его объём, т.е. увеличивается плотность.