Удивительные деревья: когда они растут криво, развивают особую древесину для распрямления

Молодой тополь укладывают горизонтально. В течение примерно десяти дней ствол начинает изгибаться вверх, как и следовало бы ожидать от растения, которое следует за гравитацией. Затем исследователи удаляют две наиболее очевидные опоры: направление света и устойчивый гравитационный сигнал. И тополь продолжает исправлять свою осанку. Он делает это, образуя новый древесный материал в нужном месте.

Это наблюдение зафиксировали исследовательская группа INRAE и Université Clermont Auvergne в работе, опубликованной в New Phytologist. У молодых гибридов тополей, которые изучали, сама деформация ствола была достаточной для формирования так называемой древесины напряжения, ткани, способной генерировать силы, тянущие ствол и выпрямляющие его.

Итак, деревья обладают формой проприоцепции: они ощущают конфигурацию своего тела и используют эту информацию для самокоррекции. Конечно, у них нет ни нервной системы, ни мышц, скрытых под корой. Сравнение с мышцами, которое также применяли INRAE для представления результатов, помогает понять, что происходит: одна сторона тянет, затем может включиться противоположная.

Как у дерева исчезает чувство гравитации

Эксперимент специально сконструирован, чтобы отделить искривление ствола от других сигналов, которые обычно управляют растением. Исследователи работали с молодыми экземплярами Populus tremula × Populus alba. Сначала их наклонили до горизонтального положения. Тополя отреагировали, сформировав древесину напряжения на верхней части ствола и начали изгибаться вверх.

Через примерно десять дней, когда изгиб уже стал очевиден, деревья перенесли в сферические камеры, освещенные равномерно со всех направлений. Убрали источник света. Одновременно горшки разместили на клиностате — устройстве, которое медленно вращает растение вокруг горизонтальной оси: гравитация, конечно, продолжает существовать, но её направление относительно ствола постоянно меняется и перестает обеспечивать устойчивое положение.

На этом осталось лишь одно «чувствовать» — насколько ствол искривлен. И ствол начал выпрямляться. Полная регистрация переменных была получена на семи растениях, подвергшихся основному протоколу, и на трех растениях-контролях, что следует учитывать при обобщении выводов за пределы исследовательской системы. Результат, наблюдавшийся у тополей, был достаточно ясен, чтобы позволить исследователям отличить простой эластичный возврат древесины от активного биологического ответа.

Древесина меняет сторону и начинает тянуть с противоположной стороны

Вот наступает самая интересная часть. Во время первой дуги вверх древесина напряжения образовалась на верхней стороне ствола. Когда гравитационный ориентир был нейтрализован экспериментально, образование напряжения остановилось. Спустя несколько дней под микроскопом появился новый древесин напряжения на противоположной, выпуклой стороне кривой. Это было похоже на то, что тополь поменял руку на верёвке, которой тянул свой ствол.

Ткань не просто походила на древесину напряжения: она обладала анатомическими характеристиками. В древесине, окрашенной Astra Blue, отношение волокон к сосудам было примерно в три раза выше, чем у обычной или противоположной древесины. Волокна также демонстрировали типичный G-слой, толстую гелеобразную стенку, богатую клетчаткой, участвующую в создании механических напряжений.

Та, образованная во время выпрямления, была даже толще: в среднем 2,70 микрометра против 1,97 микрометра у древесины напряжения, образованной на первом этапе, примерно на 37% больше. Авторы предупреждают, однако, что эта разница может зависеть не только от большего срока фазы выпрямления, но и от усилия, необходимого для перемещения ствола, который тем временем продолжал расти и затвердевать.

Коррекция не начинается мгновенно. Между началом вращения на клиностате и разворотом кривизны проходит около двух дней. Это имеет смысл: изменение должно вызывать образование новых клеток, дифференцировать древесину напряжения и построить G-слой до того, как ткань сможет оказать существенную силу.

Дерево сочетает гравитацию и форму собственного ствола

До сих пор древесина напряжения лиственных пород описывалась в основном как ткань, которая появляется на верхней стороне наклоненного ствола и тянет его вверх. Эксперимент указывает на нечто более изысканное: место появления зависит от баланса между сигналом гравитации и сигналом, связанным с кривизной ствола.

Когда господствует гравитация, тополь тянется к вертикали. Когда информация о собственной форме становится более важной, древесина напряжения может переместиться на другую сторону и уменьшить уже образовавшуюся кривизну. Авторы называют это настоящей «boucle sensori-motrice» — сенсорная и двигательная цепь, активная даже в древесной части дерева.

Это важное различие также потому, что предотвращает превращение стволов в существ, похожих на человека с корой. Деревья не «видят» себя искривлёнными и не обладают мышцами или нейронами. Клетки реагируют на физические и биологические сигналы, и рост постепенно изменяет распределённые в древесине силы.

Однако результат помогает объяснить, как организм, который проводит всю жизнь в одном и том же месте, способен постоянно корректировать свою архитектуру по мере роста, когда его дуют ветры, давят снега или наклоняют другие воздействия.

INRAE отмечает возможные будущие последствия и для изучения качества древесины, и для отбора растений, выращиваемых менее склонными к изгибам. Это ещё не исследованные перспективы: эксперимент касается молодых тополей в контролируемых условиях и не доказывает сам по себе, что каждый вид дерева использует точно такой же механизм.

То, что он показывает напрямую, уже довольно примечательно. Ствол изгибают, он теряет внешние ориентиры и тем не менее знает, биологически, насколько он искривлён и с какой стороны нужно тянуть, чтобы вернуться в прямое положение. Для куска древесины, который мы представляем неподвижным, это немало работы.