Амазонка не в огне — но в предсмертной агонии. Листья светятся, потому что больше не могут терпеть
NewsMakerБольше света, меньше влаги, ни грамма запаса — тропики работают в режиме перегрузки.
В самом сердце амазонской сельвы, на уровне крон деревьев, в местах, куда почти не ступала нога человека, учёные из Университета штата Мичиган раскрыли один из тончайших биологических механизмов выживания. Новое исследование, опубликованное в журнале New Phytologist , подробно объясняет, каким образом гигантские тропические деревья не просто выдерживают интенсивное солнечное излучение, но и умеют обращаться с его избытком — даже в условиях повышенной жары и засухи.
Главным действующим лицом этой истории стал аспирант Леонардо Циккарди, посвятивший более четырёх лет кропотливым измерениям в центральной части Амазонии. Вместе с доцентом Скоттом Старком из кафедры лесного хозяйства MSU он провёл десятки полевых экспедиций, охватывающих разные сезоны, погодные условия и высоты кроны. Учёным пришлось подниматься на деревья высотой до 60 метров, чтобы получить доступ к тысячам листьев самых разных видов.
На протяжении сотен часов на головокружительной высоте Циккарди фиксировал поведение листьев в ответ на поступающую солнечную энергию. Основной задачей было выяснить, как именно растения перераспределяют поглощённые фотоны — то есть кванты света, — и что происходит, если света слишком много. Ведь в тропическом климате переизбыток энергии — не редкость, а норма.
В ходе работы применялось инновационное портативное устройство MultispeQ, разработанное в лаборатории MSU-DOE под руководством соавтора исследования, профессора Дэвида Крамера. Этот прибор позволяет с высокой точностью оценивать фотосинтетическую активность листьев и прослеживать, как они избавляются от лишней энергии.
Если растение получает больше света, чем способно использовать для фотосинтеза, избыток должен быть безопасно рассеян. Иначе — перегрев, повреждение тканей и снижение жизнеспособности. Энергия может уходить в тепло или повторно излучаться в виде света — процесс, известный как флуоресценция хлорофилла.
Именно измерение этой флуоресценции и стало ключом к пониманию поведения тропической растительности. Исследование впервые предоставило подробную картину того, как амазонская крона реагирует на экстремальные климатические условия — будь то сильная засуха или аномальная солнечная активность.
Как выяснилось, даже в обстановке сильной жары и сухости листья сохраняли способность к фотосинтезу, но лишь при условии активного использования защитных механизмов. Вместо того чтобы увеличивать интенсивность фотохимических реакций, растения направляли всё больше энергии на её рассеивание.
Одним из центральных открытий стал трёхфазный ответ листьев на возрастающее воздействие света и нехватки влаги. При умеренном освещении происходило плавное согласование: фотосинтез и флуоресценция росли или снижались одновременно. Но при дальнейшем усилении стресса ситуация резко менялась.
В условиях высокой инсоляции и пересушенного воздуха энергетический баланс нарушался. Механизмы термозащиты оказывались перегружены, фотосинтетические процессы угасали, а уровень флуоресценции, наоборот, резко возрастал. Такое поведение указывает на перегрузку и возможное разрушение ключевых структур, отвечающих за превращение солнечного света в химическую энергию.
Особую актуальность полученные данные приобретают на фоне роста популярности спутникового наблюдения за экосистемами. В последние годы всё чаще используется методика регистрации так называемой индуцированной солнечной флуоресценции (SIF) — косвенного показателя фотосинтетической активности. Но, как показало исследование, в условиях стрессов, таких как засуха, между флуоресценцией и фактической продуктивностью может возникать рассогласование.
То есть лес может казаться «живым» с орбиты, в то время как его фотосинтетический аппарат уже работает в аварийном режиме. В результате возникает риск переоценки состояния тропических экосистем и, как следствие, неправильных климатических прогнозов или недооценки масштабов деградации.
Важно и то, что потери облачного покрова, сопровождающие засушливые сезоны, увеличивают интенсивность солнечного излучения. Это создаёт двойной удар: растения теряют влагу и одновременно получают больше света, чем могут переработать. Новые данные помогут понять, в каких границах деревья способны адаптироваться к изменяющимся условиям и где проходят пределы этой устойчивости.
Созданная исследовательской группой база данных охватывает множество видов, условий освещённости и высотных ярусов. Это делает её не только уникальной, но и пригодной для дальнейшего моделирования реакции леса на изменение климата. Ранее подобного масштаба и разрешения в полевых условиях достигнуто не было.
Работа Циккарди — это не просто научный проект , а масштабное исследование, проведённое в экстремальной среде и требующее не только методической точности, но и физической выносливости. Ведь проводить измерения на вершинах тропических деревьев — это не лаборатория с кондиционером, а настоящая экспедиция.
Научная ценность результатов заключается не только в том, что они впервые описали конкретные физиологические реакции в кронах Амазонии, но и в том, что они открыли новые вопросы. Например: можно ли по спутниковым данным надёжно оценивать здоровье леса в условиях глобального потепления? И если нет — какие методы наблюдения будут работать точнее?
В целом, открытие показывает: деревья амазонского леса не пассивные жертвы климатических изменений, а активные игроки, обладающие сложной системой регуляции. Но даже их способность к адаптации имеет предел. Понять, где он проходит — задача критически важная, особенно в условиях ускоряющихся изменений на планете.
В самом сердце амазонской сельвы, на уровне крон деревьев, в местах, куда почти не ступала нога человека, учёные из Университета штата Мичиган раскрыли один из тончайших биологических механизмов выживания. Новое исследование, опубликованное в журнале New Phytologist , подробно объясняет, каким образом гигантские тропические деревья не просто выдерживают интенсивное солнечное излучение, но и умеют обращаться с его избытком — даже в условиях повышенной жары и засухи.
Главным действующим лицом этой истории стал аспирант Леонардо Циккарди, посвятивший более четырёх лет кропотливым измерениям в центральной части Амазонии. Вместе с доцентом Скоттом Старком из кафедры лесного хозяйства MSU он провёл десятки полевых экспедиций, охватывающих разные сезоны, погодные условия и высоты кроны. Учёным пришлось подниматься на деревья высотой до 60 метров, чтобы получить доступ к тысячам листьев самых разных видов.
На протяжении сотен часов на головокружительной высоте Циккарди фиксировал поведение листьев в ответ на поступающую солнечную энергию. Основной задачей было выяснить, как именно растения перераспределяют поглощённые фотоны — то есть кванты света, — и что происходит, если света слишком много. Ведь в тропическом климате переизбыток энергии — не редкость, а норма.
В ходе работы применялось инновационное портативное устройство MultispeQ, разработанное в лаборатории MSU-DOE под руководством соавтора исследования, профессора Дэвида Крамера. Этот прибор позволяет с высокой точностью оценивать фотосинтетическую активность листьев и прослеживать, как они избавляются от лишней энергии.
Если растение получает больше света, чем способно использовать для фотосинтеза, избыток должен быть безопасно рассеян. Иначе — перегрев, повреждение тканей и снижение жизнеспособности. Энергия может уходить в тепло или повторно излучаться в виде света — процесс, известный как флуоресценция хлорофилла.
Именно измерение этой флуоресценции и стало ключом к пониманию поведения тропической растительности. Исследование впервые предоставило подробную картину того, как амазонская крона реагирует на экстремальные климатические условия — будь то сильная засуха или аномальная солнечная активность.
Как выяснилось, даже в обстановке сильной жары и сухости листья сохраняли способность к фотосинтезу, но лишь при условии активного использования защитных механизмов. Вместо того чтобы увеличивать интенсивность фотохимических реакций, растения направляли всё больше энергии на её рассеивание.
Одним из центральных открытий стал трёхфазный ответ листьев на возрастающее воздействие света и нехватки влаги. При умеренном освещении происходило плавное согласование: фотосинтез и флуоресценция росли или снижались одновременно. Но при дальнейшем усилении стресса ситуация резко менялась.
В условиях высокой инсоляции и пересушенного воздуха энергетический баланс нарушался. Механизмы термозащиты оказывались перегружены, фотосинтетические процессы угасали, а уровень флуоресценции, наоборот, резко возрастал. Такое поведение указывает на перегрузку и возможное разрушение ключевых структур, отвечающих за превращение солнечного света в химическую энергию.
Особую актуальность полученные данные приобретают на фоне роста популярности спутникового наблюдения за экосистемами. В последние годы всё чаще используется методика регистрации так называемой индуцированной солнечной флуоресценции (SIF) — косвенного показателя фотосинтетической активности. Но, как показало исследование, в условиях стрессов, таких как засуха, между флуоресценцией и фактической продуктивностью может возникать рассогласование.
То есть лес может казаться «живым» с орбиты, в то время как его фотосинтетический аппарат уже работает в аварийном режиме. В результате возникает риск переоценки состояния тропических экосистем и, как следствие, неправильных климатических прогнозов или недооценки масштабов деградации.
Важно и то, что потери облачного покрова, сопровождающие засушливые сезоны, увеличивают интенсивность солнечного излучения. Это создаёт двойной удар: растения теряют влагу и одновременно получают больше света, чем могут переработать. Новые данные помогут понять, в каких границах деревья способны адаптироваться к изменяющимся условиям и где проходят пределы этой устойчивости.
Созданная исследовательской группой база данных охватывает множество видов, условий освещённости и высотных ярусов. Это делает её не только уникальной, но и пригодной для дальнейшего моделирования реакции леса на изменение климата. Ранее подобного масштаба и разрешения в полевых условиях достигнуто не было.
Работа Циккарди — это не просто научный проект , а масштабное исследование, проведённое в экстремальной среде и требующее не только методической точности, но и физической выносливости. Ведь проводить измерения на вершинах тропических деревьев — это не лаборатория с кондиционером, а настоящая экспедиция.
Научная ценность результатов заключается не только в том, что они впервые описали конкретные физиологические реакции в кронах Амазонии, но и в том, что они открыли новые вопросы. Например: можно ли по спутниковым данным надёжно оценивать здоровье леса в условиях глобального потепления? И если нет — какие методы наблюдения будут работать точнее?
В целом, открытие показывает: деревья амазонского леса не пассивные жертвы климатических изменений, а активные игроки, обладающие сложной системой регуляции. Но даже их способность к адаптации имеет предел. Понять, где он проходит — задача критически важная, особенно в условиях ускоряющихся изменений на планете.