Загадочный транспорт воды
Как вода попадает из почвы наверх, к листьям? Для меня этот вопрос символизирует современное состояние науки о лесах. Дело в том, что транспорт воды – явление, которое относительно легко поддается исследованию, во всяком случае легче, чем восприятие боли или коммуникация. И поскольку это кажется таким банальным, академическая наука уже десятки лет предлагает в ответ на него элементарные объяснения. Мне всегда нравилось рассуждать об этом со студентами. Расхожие ответы звучат так: это происходит за счет капиллярных сил и транспирации[22]. Первые вы можете каждый день наблюдать за завтраком. Именно капиллярные силы заставляют кофе в чашке чуть-чуть приподниматься по краям – без этого явления уровень жидкости был бы полностью горизонтальным. Чем теснее емкость, тем выше может подняться в ней жидкость вопреки силе тяжести. А сосуды лиственных деревьев действительно очень узкие: их ширина всего-то 0,5 миллиметра. Хвойные деревья сужают диаметр и вовсе до 0,02 миллиметра. Тем не менее этого совершенно не достаточно, чтобы объяснить, как вода попадает в крону дерева высотой более 100 метров, потому что даже в тончайших трубочках капиллярных сил хватает не более чем на метр (см. примеч. 18). Впрочем, у нас есть и второй кандидат – транспирация. В теплые сезоны года листья и хвоя испаряют немало воды за счет дыхания; у взрослого бука это может быть несколько сотен литров в день. За счет этого возникает сосущая сила, которая и тянет воду вверх по сосудам. Правда, это происходит только в том случае, если колонна воды не прерывается. Молекулы воды сцепляются друг с другом за счет когезии (сил сцепления) и по очереди поднимаются вверх, как только в листе за счет испарения освобождается место. А так как и этого недостаточно, в игру вступает еще и осмос. Если в одной клетке концентрация сахара выше, чем в соседней, то вода сквозь клеточные стенки будет проникать в более сладкий раствор, пока процентное содержание сахара в обеих клетках не выровняется. И поскольку от клетки к клетке вплоть до кроны так и происходит, вода в конце концов оказывается наверху. Хмм… Самое высокое давление отмечается в деревьях незадолго до распускания листьев, весной. В это время вода бьет в стволе с такой силой, что вы сможете услышать ее шум через стетоскоп. На северо-востоке США этим пользуются для получения сока сахарного клена, который часто собирают еще во время таяния снега. Только в это время можно добыть драгоценный сироп. Но ведь к этому времени листьев на лиственных деревьях еще нет, а значит, ничего не может испаряться. Так что испарение как движущая сила исключается. Капиллярные силы могут принимать лишь частичное участие в процессе, потому что их действие, как уже было сказано, не превышает метра, фактически им можно пренебречь. Тем не менее ствол к этому времени буквально накачан жидкостью. Остается один осмос, но и это не кажется мне вероятным. В конце концов, он действует только в корнях и листьях, но не в стволе, который состоит не из ряда прилегающих друг к другу клеток, а из длинных сквозных сосудов. И что теперь? Неизвестно. Однако новые исследования обнаружили кое-что, ставящее под вопрос по крайней мере действие транспирации и сил сцепления. Ученые из Бернского университета, Швейцарского центра изучения леса, снега и ландшафта и Швейцарской высшей технической школы (Цюрих) внимательно прислушались к деревьям в самом буквальном смысле. Они зарегистрировали в них тихий шум, прежде всего по ночам. В это время основная масса воды содержится в стволе, потому что крона делает перерыв в фотосинтезе и практически ничего не испаряет. Поэтому деревья так заполнены водой, что даже диаметр ствола чуть-чуть увеличивается. Вода в проводящих тканях ствола стоит практически спокойно, никуда не течет. Откуда же тогда шум? Ученые предполагают, что виноваты крошечные пузырьки углекислого газа, которые образуются в мелких заполненных водой трубочках (см. примеч. 19). Пузыри в сосудах? Это значит, что сплошной ток воды тысячи раз прерывается, так что ни транспирация, ни когезия, ни капиллярные силы не могут участвовать в переносе воды. Множество вопросов остается без ответа. Может быть, мы стали беднее на одно возможное объяснение, а может быть, богаче на одну тайну. Разве это не столь же прекрасно?
Не скрывая своего возраста
Прежде чем я начну говорить о возрасте, я хотел бы сделать небольшой экскурс на тему «кожа». Деревья и кожа? Давайте сначала рассмотрим этот феномен с точки зрения человека. Кожа – это барьер, который защищает наши внутренние органы от внешнего мира, удерживает жидкости, не дает выпасть наружу внутренностям и между делом выделяет и поглощает газы и жидкости. Кроме того, он блокирует возбудителей болезней, которые с удовольствием распространились бы по нашему кровотоку. Наряду с этим кожа реагирует на прикосновения – приятные, которые хочется повторить, и болезненные, которые вызывают защитную реакцию. Глупо, но свои свойства кожа сохраняет не всю жизнь – с возрастом эта сложная структура становится все более дряблой. Возникают складки и морщины, так что наши ближние играючи и с точностью до нескольких лет определяют наш возраст.
Необходимый процесс обновления кожи тоже не очень радует, если присмотреться к нему внимательно: каждый из нас за день теряет 1,5 грамма перхоти, что за год составляет более полкилограмма. Еще сильнее впечатляет ее количество: за день с нас падает десять миллиардов кожных чешуек (см. примеч. 20). Звучит не очень аппетитно, но это необходимо, чтобы постоянно держать в форме наш покровный орган. В детстве этот процесс нужен еще и для роста, иначе наш природный костюм однажды просто лопнул бы.
А что же у деревьев? В принципе то же самое. Существенная разница кроется разве что в словах: кожа буков, дубов, елей и Ко называется корой. Но она выполняет точно такую же функцию и защищает чувствительные внутренние органы от агрессивного внешнего мира. Без коры дерево высохло бы, и главную роль в его гибели наряду с потерей воды играли бы грибы – во влажной здоровой древесине у них шансов нет, а вот без коры – другое дело. Насекомые тоже нуждаются в пониженной влажности и не имеют перспектив при неповрежденной коре. В дереве содержится почти столько же жидкости, сколько и в человеке, так что для паразита оно лишено интереса – можно попросту захлебнуться. Понятно, что дыра в коре для дерева не менее опасна, чем рана на коже у нас. Поэтому оно применяет похожие механизмы, чтобы предотвратить подобное. За год находящийся в расцвете сил экземпляр прибавляет в обхвате от 1,5 до 3 сантиметров. По идее, кора должна лопнуть. По идее. Но чтобы такого не случилось, великаны тоже постоянно обновляют свою кожу, теряя при этом невероятное количество чешуек. В соответствии с их размерами и «перхоть» у деревьев значительно крупнее нашей: ее частички достигают 20 сантиметров. Как-нибудь при сильном ветре обратите внимание на землю под стволами. Там лежат эти остатки, особенно заметные под соснами с их коричнево-рыжей корой.
Деревья по-разному «меняют кожу». Есть такие виды, с которых постоянно сыплются кусочки коры (человеку в таком случае предложили бы шампунь «антиперхоть»), и такие, кто проявляет в этом вопросе большую сдержанность. Что, как и у кого происходит, вы можете увидеть сами на наружном слое коры. Эти ткани уже мертвы и образуют нечувствительный панцирь. По этому слою легко отличать виды деревьев друг от друга. Правда, только взрослые экземпляры, потому что этот признак характеризует особенности трещин на коре, можно сказать – морщин или складок кожи. У молодых деревьев всех видов внешний слой коры гладкий, как попка у младенца. Но с годами, начиная с нижней своей части, ствол постепенно покрывается морщинами, с возрастом врезающимися все глубже. Насколько быстро идет этот процесс, зависит от вида. У сосны, дуба, березы или дугласии он начинается рано, а вот буки и пихты очень долго остаются гладкими. Это действительно объясняется скоростью опадения чешуек коры. У серебристо-серых буков, стволы которых остаются гладкими аж до 200 лет, показатель обновления коры очень высокий. Поэтому их «кожа» остается тонкой, точно подходит соответствующему возрасту, то есть диаметру ствола, и ей не нужно трескаться. Похоже ведет себя и европейская пихта. А вот сосна и ее товарищи, напротив, не торопятся обновлять кору. Или они почему-то не любят избавляться от старого балласта, или толстый панцирь служит им дополнительной защитой. Так или иначе, но отмершая кора спадает с них так медленно, что на стволе формируется гораздо более мощный внешний слой, самые наружные части которого имеют возраст в десятки лет. Иными словами, они происходят из того времени, когда дерево было еще молодым и стройным. По мере взросления дерева диаметр ствола увеличивается, внешние слои разрываются до более глубоких, более молодых, и, таким образом, как у буков, происходит подгонка к существующему обхвату. То есть чем глубже трещины коры, тем неспешнее вид. С возрастом это явление у всех деревьев заметно усиливается. Даже буки разделяют ту же судьбу: как только их возраст превысит половину отмеренного им срока, их кора тоже начинает снизу растрескиваться. Как будто желая это скрыть, на трещинах поселяются мхи. Там держится влага последнего дождя и питает моховую подушку. Поэтому возраст буковых лесов легко определить даже издали: чем выше по стволам поднимается зеленая поросль, тем старше деревья. Каждое дерево – индивид, узор трещин на стволе – его персональный признак. Некоторые экземпляры уже в юности более морщинисты, чем их ровесники. У меня в лесу есть несколько буков, которые в возрасте 100 лет снизу доверху покрыты шершавой корой. В норме это случается у буков не ранее 150 лет. Обусловлено ли это только генетически или расточительный образ жизни тоже играет здесь какую-то роль, наукой не изучено. Как минимум некоторые факторы опять напоминают о нас, людях. Сосны в нашем саду покрыты невероятно глубокими трещинами. Одним возрастом этого не объяснить – они еще совсем молоды, им примерно 100 лет. С 1934 года они растут под ярким солнцем – это дата постройки нашего дома. Тогда часть участка вырубили, и оставшимся деревьям стало гораздо светлее. Больше света, больше солнца, больше ультрафиолета. Последние два фактора вызывают старение кожи у человека, и, вероятно, коры у дерева. Бросается в глаза и то, что на солнечной стороне внешний слой