Гиперион, так называют самое высокое растение на планете. Это прибрежная секвойя высотой почти 116 метров. Для сравнения, это как дом в 38 этажей. Возраст дерева — около 700 лет, и до сих пор по его стволу ежедневно поднимается вода на такую невероятную высоту.
Вот только проблема: ни одно надежно измеренное живое дерево на планете не дотягивает и до 120 метров.
Почему деревья не растут выше и что мешает организму, который способен прожить две тысячи лет?
Казалось бы, быть высоким дереву очень выгодно. Чем выше, тем больше света достается листьям, и соседи меньше затеняют. Значит, больше питательных веществ, быстрее рост. Плюс ветер разносит семена дальше, захватывай новые территории. Сплошные плюсы. Но есть ограничения, причем чисто физические.
Разберемся, где растет самое высокое дерево, почему его верхушка сохнет, хотя корни в воде, и при чем тут физика, которая вообще не должна пускать воду так высоко.
Дерево ростом с 38-этажный дом
Иллюстрация
Самое высокое дерево на Земле нашли в августе 2006 года. Натуралисты Крис Аткинс и Майкл Тейлор наткнулись в калифорнийском парке «Редвуд» на секвойю, чью макушку с земли не разглядеть. Назвали Гиперионом, в честь титана из греческих мифов.
Книга рекордов Гиннесса в 2019 году зафиксировала высоту 116,07 метра.
А теперь забавный факт: увидеть самое высокое дерево в мире вам, скорее всего, не дадут.
С 2022 года подходить к Гипериону запрещено законом. Штраф до 5000 долларов и до полугода тюрьмы. Когда координаты разошлись по интернету, к дереву напролом потянулись паломники. Они вытоптали папоротники, утрамбовали тонкую почву над корнями. Секвойя, простоявшая семь веков, чуть не надорвалась от любви поклонников, и парк закрыл зону совсем.
С земли Гиперион даже не впечатляет. Тощий ствол теряется среди сотен таких же гигантов. Просто очень длинное дерево, которое неудобно фотографировать. Но почему оно застряло чуть ниже 120 метров, и почему не оно одно?
Самое высокое не значит самое большое
Сразу разведем два рекорда, которые вечно путают. Гиперион это самое высокое дерево, а самое большое это Генерал Шерман, гигантская секвойядендрон. Он берет не ростом, а объемом ствола, около 1500 кубометров древесины. Одно про рост, другое про габариты.
Титул самых высоких делят три породы: прибрежная секвойя, дугласова пихта и австралийский эвкалипт. С эвкалиптом связана громкая легенда. В 1872 году лесничий Уильям Фергюсон описал поваленное дерево длиной 132,6 метра, а при жизни, по его прикидкам, оно могло тянуть под 150.
Только замеры XIX века делали на глаз, и дендрологи относятся к ним с вежливым скепсисом. Надежно измеренные великаны редко выходят за 120 метров.
Будто чуть выше сотни натянут потолок, о который бьются все породы разом. Что это за отметка?
У секвойи нет ни одного насоса
У животных есть сердце, у небоскреба насосные станции. А у секвойи выше ста метров нет ни насоса, ни сердца, ни моторчика. Воду наверх поднимать надо литрами каждый день. Как вода поднимается по дереву без насоса? Хитрость в хвое.
С поверхности листьев вода испаряется. Это называется транспирацией. От испарения в листе падает водный потенциал, и в тонких водяных столбиках внутри древесины возникает натяжение. Молекулы воды держатся друг за друга силой сцепления, поэтому тяга сверху передается вниз до самых корней, откуда подтягивается новая вода.
Не насос толкает ее снизу. Испаряющая крона тянет сверху. И странность: внутри стометровой секвойи нет ни одной трубы длиной сто метров. Ее водопровод собран из миллионов клеток-трахеид по нескольку миллиметров, и вода идет через них эстафетой. Это прекрасная система безопасности, ведь авария в одной клетке не обрушит весь столб.
Правило 10 метров
Еще в XVII веке люди заметили странность. Всасывающий насос не может поднять воду из колодца глубже примерно десяти метров.
Почему же дерево нарушает это ограничение?
Все дело в том, что воду в трубу толкает атмосферное давление, а его и правда хватает лишь на столб высотой около 10,3 метра.
Вода поднимается от корней к верхушке дерева по ксилеме: испарение из листьев создает натяжение в непрерывных водяных столбах.
Это верно только для насоса, который всасывает воду за счет атмосферного давления. Примерно как человек тянет напиток через соломинку.
Дерево работает иначе. Вода испаряется через листья и тянет за собой следующую порцию воды снизу. Получается непрерывная водяная «нить», которая находится под натяжением и поднимается по тонким сосудам ствола.
Поэтому секвойя может доставлять воду на высоту больше ста метров, не нарушая законов физики. Но чем выше дерево, тем труднее сохранять этот водяной столб целым и снабжать верхушку влагой.
Почему же предел наступает примерно на высоте 130 метров?
Каждый метр это налог на высоту
Чтобы поднять воду еще на десять метров, надо преодолеть примерно еще 0,1 мегапаскаля (тяжесть самого водяного столба). На высоте ста метров одна гравитация дает около 1 мегапаскаля, плюс сопротивление длинного пути через ствол и хвою. Дерево платит за это не электричеством, а здоровьем верхних листьев.
Чем выше лист, тем сильнее водный стресс. Спасаясь от пересыхания, дерево осторожнее открывает устьица (поры для газообмена). Прикрытые устьица меньше теряют воду, но и впускают меньше углекислого газа. Меньше CO₂, слабее фотосинтез, меньше того избытка, из которого строить новую древесину наверху.
Именно по этой цепочке нашли предел высоты дерева.
В 2004 году команда биолога Джорджа Коха залезла с веревками на верхушки калифорнийских секвой и измерила, как с высотой меняются листья. Расчет дал максимум для прибрежной секвойи 130 метров.
И самое странное. Пока корни стоят в мокрой земле, верхушка живет в экстремальных условиях.
Вершина живёт как в засухе
Рост верхушки постепенно замедляется из-за дефицита воды, ветра и повреждений.
Чем выше крона, тем труднее листьям добывать воду. Они постоянно на грани голода, пока корни стоят во влажной почве. Вот и ответ, почему верхушки высоких деревьев сохнут. Наверх воду слишком трудно доставить. Высота буквально превращает расстояние в засуху.
И ловушка. Чтобы расти, вершине нужен фотосинтез, а высота лишает ее воды и заставляет прикрывать устьица, то есть душит тот самый фотосинтез. Дерево тянется вверх, и этот же рост отнимает у него ресурсы на рост.
Есть и более серьёзная поломка, которая прячется внутри воды. Когда ствол натянут до предела, вода в нём становится нестабильной. Если воздух просачивается в трахеиду, она заполняется газом и перестаёт проводить влагу. Это кавитация. Воздушная пробка называется эмболией. Да, у дерева бывает эмболия, как у водолаза, который всплыл слишком быстро.
Кавитация возникает, когда пузырёк газа разрывает водяной столб в ксилеме и лишает часть кроны нормального водоснабжения.
Риск растёт не резко на какой-то заветной отметке, а постепенно, метр за метром. Не случайно у большинства самых высоких секвой макушка не одна. Старую вершину когда-то обломало, и одна из веток стала новым лидером, фактически вторым стволом. Но есть у секвойи и козырь, которого нет у других.
Секвойя пьёт туман прямо кроной
Прибрежные секвойи добывают воду не только корнями. Когда с океана наползает туман, крона впитывает влагу прямо через хвою и кору. Дерево буквально пьёт макушкой. И туман работает дважды. Он подкидывает воду сверху и одновременно снижает испарение. Главный его подарок не только та вода, которую секвойя выпивает, но и та, которую она перестаёт терять.
Прибрежные секвойи используют туман. Капли смачивают крону, уменьшают испарение и могут частично поглощаться листьями и ветвями.
Хитрость ещё тоньше. В 2022 году биологи нашли у секвойи два типа побегов. Большинство заточены под фотосинтез, а особые осевые побеги под впитывание воды из воздуха. За первый час намокания крупная крона вбирает до 48 литров воды.
Вот отчасти и разгадка, почему секвойи такие высокие. Приморский туман, мягкий климат и умение пить кроной пускают их туда, где другие деревья сдались.