Берндт Хайнрих - Лето: Секреты выживания растений и животных в сезон изобилия

Почему при прочих равных условиях выгодно не сбрасывать листья, если они не повреждены, очевидно. Листья работают как солнечные батареи, и если каждый год от них избавляться, то потом приходится формировать новые, тратя на это время и ресурсы, которые можно было бы пустить на рост растения. Это было бы ценно, потому что позволило бы выиграть в борьбе за свет, которую большинство лесных деревьев ведет друг против друга всю жизнь. Также можно было бы обеспечить дополнительную энергию на плодоношение и производство семян. При прочих равных условиях было бы экономичнее держать листья при себе весь год, а лучше несколько лет, а не сбрасывать их всего через четыре месяца и каждое лето создавать новые. Сохраняя листву, можно получить дополнительное преимущество, используя ее во время оттепелей, которые почти неизбежно случаются каждую зиму. С учетом всего этого понятно, почему многие деревья действительно сохраняют лист в течение нескольких лет, прежде чем наконец заменить его.

Одна из гипотез о том, почему деревья сбрасывают листья к зиме, гласит, что заморозки убивают их и они сами собой опадают. Но эта гипотеза не дает ответа на основной вопрос – эволюционный. Может быть, опадающие листья неустойчивы к морозу, потому что не сталкиваются с заморозками, так что и развивать эту устойчивость им не нужно. С другой стороны, даже у тех деревьев, листья которых чувствительны к промерзанию, почки (с зачатками стеблей, листьев и цветков) морозостойкие.

Листья многих видов деревьев со временем стали морозостойкими. Иголки елей и пихт, например, выдерживают температуры до –60 °C и не опадают даже на северной границе ареала этих видов. В северной умеренной зоне, где зимы обычно морозные, некоторые деревья тем не менее сохраняют листья живыми всю зиму. Это в том числе некоторые виды дубов, падубов, магнолий, рододендронов и калин. Конечно, на влажных равнинах в тропиках на большинстве широколиственных деревьев листья сохраняются по многу лет, хотя там, где регулярно случаются засухи, они опадают, вероятно, чтобы терять меньше воды.

Должна быть веская причина, по которой многие северные деревья сбрасывают листья, тогда как на других они остаются. Моя гипотеза о том, почему одни деревья облетают, а другие нет, связана с разными направлениями давления отбора, с которым деревья Северного полушария должны сталкиваться в районах с большим количеством атмосферных осадков. Большая площадь поверхности листвы нужна, чтобы летом захватывать солнечное излучение и поглощать углекислый газ; но зимой большая площадь поверхности листьев мешает, потому что дерево может сломаться под грузом снега.

Сегодня мы наблюдаем результат эволюции за сотни миллионов лет. Но едва ли давление естественного отбора, которое действовало на некоторые признаки в прошлом, ежегодно проявляется и теперь. Напротив, оно возникает только в ситуациях «бутылочного горлышка» [26] Имеется в виду ситуация, при которой численность популяции (и генофонда) резко сокращается, а потом восстанавливается. . Такое случилось в Новой Англии, около нашего дома в Вермонте, 26 октября 2005 года. Вот как я описал это в дневнике:

Вчера весь день шел дождь, температура постепенно понижалась: до 4, 3, вечером 2 °C. Небо все время было мрачным. Пролетали стаи гусей. Я проснулся в темноте, а выключатель света не сработал. Тогда я выглянул на улицу. СНЕГ! Я снова улегся в кровать и подождал рассвета, чтобы сварить чашку кофе и пойти осмотреться. Снег продолжал идти, уличный градусник показывал –2 °C. Я увидел разрушительные последствия того, что конкретные изменения температуры, направление ветра, облака и все эти погодные условия совпали и настали в определенный момент относительно времени листопада. Природа точно рассчитала время, правильно выбрала контролируемые параметры и поставила редкий эксперимент.

В это время, под конец октября, многие деревья – красный дуб, осинообразный тополь, яблоня, белая акация и серебристый клен – все еще были полностью одеты в зеленые листья. Другие листопадные деревья, включая белый ясень, вяз и красный клен, листву уже сбросили. Некоторые из сахарных кленов, черемуха и белые березы стояли голые, но кое-где на ветвях еще сохранилось много пожелтевших листьев.

Снегопад очень сильно подействовал на отдельные деревья, но это не было связано с видовой принадлежностью. Деревья, у которых оставались листья, дорого заплатили. Те, что листву сбросили, не понесли ущерба. Тонкие молодые клены и дубки в лесу вокруг нашего дома сломались пополам или согнулись до земли. От старых сахарных кленов с толстыми стволами отломились огромные ветви, другие ветки согнулись и готовы были сломаться. На черемухе поздней около нашего дома тоже оставались листья, и, пока я носил дрова из сарая к плите, три большие ветки треснули и упали с нее – рухнули на землю одна за другой. Из соседнего леса доносилось что-то вроде приглушенных винтовочных выстрелов, за которыми следовали глухие удары: падали высокие тополя. Красные дубы, которые во время сильного ледяного дождя 8 января 1998 года понесли минимальный урон, сейчас пострадали больше всех. Здоровые дубовые стволы от 30 сантиметров в диаметре согнулись и раскололись. Ветки толщиной от полуметра кучами лежали на земле. А вот ни одно дерево из тех, что сбросили листья (это были некоторые клены, черемухи и вишни, тополя и дубы), не пострадало. Как я узнал позже, то же самое произошло везде на севере Новой Англии, особенно на возвышенностях.

Такая же проблема выбора времени стоит перед деревьями в начале лета, что показал случай, произошедший в том же месте 30 мая 1996 года. Обычно в конце мая все деревья уже полностью одеты листвой. Тем вечером пошел дождь и стало холодать. К ночи температура упала немного ниже нуля, дождь перешел в снег. Снег падал и падал, прилипая к мокрым листьям и намерзая на них. Всю ночь температура колебалась около нуля, поэтому снег не таял, но был достаточно мокрым, чтобы налипать. К утру накопилась его критическая масса, и по всему лесу стал раздаваться громкий треск – это отламывались и падали на землю здоровенные ветки. Пострадали все широколиственные (листопадные) деревья, но тех, на которых не было листьев, а также хвойных (хвоя – это мелкие неопадающие листья), это не коснулось. 15 сантиметров снега на земле в такое время года – конечно, дело необычное, но двухсотлетним деревьям уже наверняка приходилось сталкиваться с таким в долгой эволюционной истории, которая их сформировала.

Такие природные «эксперименты» говорят вполне очевидную вещь: деревьям нужен прочный такелаж, чтобы держать листья на свету. Затраты и риски, связанные с этим, диктует конкуренция. Большинство взрослых лесных деревьев рассеяли миллионы жизнеспособных семян и произвели за свою жизнь тысячи сеянцев, но в стабильной популяции только один сеянец вырастет в целое дерево, чтобы заместить родителя. Сеянцы, происходящие от одного дерева (любого), с самого начала напряженно конкурируют друг с другом: только один из них сможет вырасти достаточно большим, пробиться сквозь полог крон и уловить столько солнечной энергии, чтобы тоже произвести семена. При такой конкуренции можно было бы предположить, что деревья должны продолжать расти до самого конца лета. Но рост ствола обычно заканчивается в июне, около середины лета, когда кончики веток одеваются шапочками почек и перестают расти. Эти почки остаются спящими весь остаток лета, пока тепло, а затем всю осень и всю зиму. Как правило, они разворачивают листья и цветки только на следующий год. Почему деревья перестают расти, когда впереди еще по крайней мере три месяца теплой погоды, задолго до того, как им начинают мешать низкие температуры?