Какой высоты может вырасти дерево?

Самое высокое из известных живых деревьев — секвойя вечнозелёная (Sequoia sempervirens) по имени Hyperion, её высота — около 116 m (выше 35-этажного здания). Гигантские секвойи массивнее, но не такие высокие. Почему деревья не растут всё выше?

Частично ответ связан с подъёмом воды из урока 2. Каждые дополнительные 10 m высоты требуют ещё 0,098 MPa водяного натяжения, чтобы уравновесить гравитацию, а более длинный путь усиливает трение. Поэтому:

• листья на верхушке должны работать при более отрицательном водном потенциале, чем листья ниже;
• водяные столбики испытывают большее натяжение, из-за чего повышается риск кавитации;
• верхним листьям сложнее поддерживать свои клетки тургорными, а это необходимо, чтобы они могли расти и сохранять устьица открытыми для фотосинтеза.

Кавитация происходит, когда воздух втягивается в находящуюся под натяжением водяную трубку (или пузырёк вырастает из растворённого газа). Пузырёк распространяется (эмболия), и трубка больше не может переносить воду. Дерево с множеством параллельных трубок переживает некоторые повреждения, а некоторые деревья могут снова заполнить трубки или вырастить новую ксилему, но чем сильнее натяжение, тем больше трубок выходит из строя.

Из-за этого предел подъёма воды становится строже с увеличением высоты. В известном исследовании 2004 года, опубликованном в Nature, Джордж Кох и его коллеги измерили верхушки высоких секвой и спрогнозировали для этого вида максимальную высоту около 122–130 m, даже при достаточном количестве воды в почве. Hyperion на несколько метров ниже этой оценки. Это же исследование показало, что листья ближе к верхушке меньше и толще, а ткани в них больше на единицу площади. Это физиологический признак того, что листу приходится работать при почти полном отсутствии запаса водяного давления.

Гравитация и трение — не единственные пределы. Высоким деревьям также приходится выдерживать собственный вес и переживать ветер, а их корни и листья должны успевать расти. Во многих местах недостаток воды в почве или буря останавливают рост дерева задолго до достижения гидравлического предела. В редких влажных, мягких и безветренных местах, где растут секвойи (на прибрежной полосе с частыми туманами, которые дают листьям дополнительную воду), деревья приближаются к рассчитанному пределу.

Другие высокие виды подчиняются похожим правилам. Самые высокие цветковые деревья — эвкалипты царственные (Eucalyptus regnans) на Тасмании — достигают примерно 100 m.