Если вы когда-нибудь бывали в экзотических странах — или, по крайней мере, любите передачи о них, то запросто могли заметить следующее. Размеры листьев увеличиваются по мере продвижения от суровых северных климатических поясов к тропическим широтам, где царствуют влажность и жара.
Их площадь может быть разной: от 1 мм² до 1 м², а то и больше. Крупнолистные растения — например, те же бананы — живут в тропиках, в то время как мелколистные, такие как вереск и клевер, встречаются ближе к холодным широтам.
Связь между размером листьев и их местоположением налицо. Сами посмотрите на кокосовую пальму и сравните её с той же елью, и сомнения отпадут сами собой.
Впервые ботаники обратили внимание на такую тенденцию ещё в XIX веке, но долго не могли найти убедительного объяснения этого явления.
Одна теория гласила, что большие листья помогают растению избежать перегрева. Ведь благодаря своей площади они могут аккумулировать и эффективно распределять тепло, предотвращая его концентрацию в одном месте. Но при этом лист будет улавливать больше солнечных лучей. Так что, казалось бы, крупнолистным растениям следовало развиваться в холодных регионах, а не в тропиках.
Чтобы разгадать эту загадку, учёные из Университета Маккуори в Сиднее во главе с Яном Райтом исследовали 7 670 видов растений, обитающих в различных широтах. Они искали связь между размером листьев и разными аспектами климата, такими как дневная и ночная температура, количество осадков и влажность.
В результате команда Райта обнаружила, что для растений так же важно избегать ночных заморозков, как и дневного теплового удара.
Учёные установили, что существует баланс между размером листа и его способностью регулировать температуру. Он зависит от двух основных факторов. Во-первых, растению необходимо иметь достаточное количество воды в листве, чтобы охлаждаться с помощью процесса под названием транспирация — его механика похожа на потоотделение у людей.
Во-вторых, важна толщина пограничного слоя воздуха вокруг листьев. Это тонкая область, которая окружает каждый из них. Её размеры влияют на скорость обмена газами и энергией между листом и окружающей средой.
Большие листья имеют более толстые пограничные слои воздуха над собой, и это делает их более восприимчивыми к экстремальным температурам. Ведь чем толще эта область, тем медленнее процесс транспирации. Воздух образует своего рода изоляцию, которая затрудняет извлечение тепла из окружающей среды в ночное время.
Именно поэтому крупнолистные растения не особо распространены как в северных широтах, так и в пустынном климате. Толстые пограничные слои затрудняют согревание по ночам и увеличивают риск повреждения морозом. И точно так же в жарком пустынном климате лист перегревается в течение дня, а воды для охлаждения путём транспирации не хватает.
Но вот в жарких и одновременно влажных тропиках крупные листья идеальны. Днём они способны эффективно охлаждаться с помощью транспирации, в отличие от пустынных растений, которые не могут позволить себе терять столько воды. А по ночам им не угрожает повреждение заморозками, которые случаются как в северных широтах, так и в пустынях.
Крупные листья могут собирать больше углекислого газа из окружающей среды, который необходим для фотосинтеза. Они также позволяют растениям получать больше света в плотном тропическом лесу, где лучи проникают только через густые кроны деревьев. В тропиках много влаги, растениям не нужно беспокоиться о нехватке жидкости и они могут иметь большие листья для более интенсивной транспирации.
Наконец, в джунглях им приходится бороться за свет, воду и питательные вещества. Крупные листья помогают занимать больше места и перекрывать собой соседей. А значит, собирать больше дождевой воды и света.
В общем, большие листья — это хорошо. Конечно, и скромной берёзке хотелось бы иметь такие же метёлки, как у пальмы вида рафия королевская — по 16 метров в длину и по 3 в ширину. Но такие громадины просто перемёрзнут ночью, а потому растениям средней полосы приходится довольствоваться тем, что есть.
