Могут ли деревья знать, когда наступит летнее солнцестояние?

Не все ученые в этом убеждены.

Люди отмечают  летнее солнцестояние  сложными ритуалами с доисторических времен. Но люди — не единственный вид, для которого 21 июня является особым временем. Исследования показывают, что летнее солнцестояние также является важным сигналом для растений.

Недавние исследования,  включая одно из моих собственных , предполагают, что деревья могут использовать самый длинный день в году в качестве ключевого маркера для своих циклов роста и размножения. Солнцестояние, по-видимому, действует как календарное напоминание для деревьев.

Например, в день зимнего солнцестояния деревья, растущие в холодных местах, замедляют образование новых клеток древесины и концентрируют свою энергию на завершении уже сформированных,  но еще неполных клеток . Это гарантирует, что у деревьев будет время завершить клеточную структуру до наступления зимы. Неполные клетки повреждаются низкими зимними температурами, что делает их непригодными для транспортировки воды в следующем году.

Аналогичным образом, деревья используют солнцестояние для точной настройки «завершающего этапа» или старения своих листьев  в рамках подготовки к осени . Старение позволяет дереву повторно поглотить важные питательные вещества из листьев до того, как они опадут. Этот процесс рассчитан таким образом, чтобы компенсировать недостаток солнечного света из-за слишком раннего «завершающего этапа» и предотвратить его задержку, из-за которой еще зеленые листья погибнут от осенних заморозков.

Спутниковые наблюдения за лесами и контролируемые эксперименты в теплицах показывают, что  более высокие температуры  непосредственно перед солнцестоянием приводят к более раннему началу побурения листьев осенью. Напротив, более высокие температуры сразу после солнцестояния замедляют процесс старения.

Это означает более длительный переходный период от зеленых листьев к полностью бурым. Такая тонкая настройка позволяет деревьям продлевать период фотосинтеза в годы, когда температура дольше остается высокой, чтобы они не упускали эти благоприятные условия.

Однако не все ученые в этом убеждены. С эволюционной точки зрения, солнцестояние может быть не  лучшим сезонным маркером  для определения времени этих переходов. Например, в лесах на крайнем севере листья появляются только в начале июня, за несколько дней до солнцестояния, а вегетационный период может продолжаться до конца октября. В таких лесах использование солнцестояния для начала процесса увядания деревьев, которые только начали расти в этом году, не имеет особого смысла.

Тем не менее, существует большее согласие относительно того, что растения используют солнцестояние для синхронизации размножения.

У многих растений, особенно у деревьев умеренных средних широт, количество производимых семян резко меняется из года в год,  это явление известно как массовое плодоношение .  Крупный европейский бук  может произвести сотни тысяч семян в один урожайный год («массовое плодоношение») и полностью отказаться от размножения в другие годы.

Буковые деревья  меняют темпы ежегодного производства семян ступенчато , часто в масштабах континента. Они делают это для  повышения эффективности  своего размножения.

Небольшая моль,  Cydia fagiglandana , откладывает яйца в цветки бука. Когда личинки вылупляются, они поедают и уничтожают развивающиеся семена. Циклы голода и урожайных лет помогают защитить семена от этих молей.

В Великобритании буковые деревья обычно теряют менее 5% своих семян из-за  цистиоза  , поскольку циклы цистиоза истощают популяцию бабочек, сокращая ее численность до минимума к годам обильного плодоношения. Но когда деревья не находятся в таком цикле, потери семян могут увеличиться до  более чем 40% .

На протяжении десятилетий известно, что массовое плодоношение бука происходит  в год после  теплого лета. Более высокие температуры стимулируют увеличение образования цветочных почек. Большее количество цветочных почек обычно приводит к большему урожаю семян осенью.

Ученые долго ломали голову над тем, как буковые деревья по всей Европе, похоже, используют один и тот же сезонный период для контроля количества съеденных плодов. Производство семян определяется температурой  в конце июня и начале июля , независимо от того, где именно в Европе они растут. Но как бук может узнать эту дату?

В исследовании моей команды 2024 года мы показали, что они  используют солнцестояние в качестве сезонного маркера . Как только дни начинают укорачиваться после солнцестояния, буковые деревья по всей Европе, похоже, одновременно ощущают изменение температуры.

Везде, где температура выше средней в течение нескольких недель после солнцестояния, можно ожидать обильного плодоношения в следующем году. Погодные условия в течение нескольких недель до солнцестояния, напротив, по-видимому, не имеют значения. Как видно на метеорологических картах, периоды потепления и похолодания, как правило, наблюдаются одновременно на больших территориях.

Это  позволяет буковым деревьям  максимально синхронизировать свое размножение, будь то вложение средств в урожайный год (теплые температуры) или отказ от размножения на год (низкие температуры). Использование фиксированного ориентира, такого как солнцестояние, является ключом к достижению этой синхронности и получению от нее преимуществ.

Доказательства  этого явления получены в результате наблюдений в десятках лесов по всей Европе. Однако моя исследовательская группа сотрудничает примерно с десятком других групп в Европе, чтобы проверить этот эффект, изменяя температуру ветвей бука до и после летнего солнцестояния на разных участках. Текущие исследования, в которых я участвую, похоже, показывают, что гены цветения активируются в день летнего солнцестояния.

Кроме того, исследования  циркадных ритмов растений  показывают, что в их молекулах существуют механизмы, позволяющие им обнаруживать и реагировать на мельчайшие изменения продолжительности светового дня. Это лежит в основе столь необычайно масштабного синхронизированного размножения.

Если в течение следующего месяца или около того будет теплая погода, то велика вероятность того, что буковые деревья в вашем регионе дадут обильный урожай семян следующей осенью. Более того, деревья по всей Великобритании, а также в Северной и Центральной Европе, вероятно, будут делать то же самое.

Andrew Hacket-Pain “Could trees know when the summer solstice is?”

Перевод статьи «Could trees know when the summer solstice is?» автора Andrew Hacket-Pain, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык