Жизнь деревьев. Pinus longaeva переписывает историю.

The New Times magazine logo / Логотип журнала Новое ВремяНа этой неделе российский журнал “Новое Время” (The New Times) опубликовал мою научно-популярную статью о сосне долговечной (Pinus longaeva). Для подготовки этого материала я отправился на две биологические станции в Белых горах, на границе Калифорнии и Невады.

http://newtimes.ru/magazine/2008/issue077/doc-56376.html
http://panchul.livejournal.com/29088.html

Фотоальбомы:

Если у вас в браузере стоит Flash Player, то смотреть лучше здесь:

http://panchul.com/places/bristlecone/new_times
http://panchul.com/places/bristlecone

Если Flash Player не установлен, то смотреть можно здесь:

http://panchul.com/places/bristlecone/new_times/no_flash
http://panchul.com/places/bristlecone/no_flash

Деревья, которые переписали историю. Мировую прессу облетела сенсация: в Швеции найдена ель, которой, согласно радиоуглеродному анализу ее корней, около 9550 лет. Она была тут же названа «самым старым деревом на Земле». Впрочем, у «шведки» есть конкуренты — сосна долговечная (Pinus longaeva), возраст которой достигает почти 5000 лет. Эта сосна растет в холодных засушливых Белых горах на границе американских штатов Калифорния и Невада.

Юрий Панчул, Саннивейл, Калифорния

Стволу шведской ели на самом деле существенно меньше лет, по оценкам профессора Лейфа Куллмана из Umeå University (Швеция) — около 600 лет: это клон, то есть отросток от корней более старого дерева, которое, в свою очередь, тоже было клоном. За 10 тысяч лет на древних корнях выросло несколько десятков деревьев, которые совокупно можно рассматривать как один суперорганизм. А вот сосна с Белых гор на протяжении 50 веков сумела сохранить свой изначальный ствол. Разница для исследователей принципиальная: изучая древесные кольца, ученые узнают, что за климат был на Земле в те времена — времена строительства пирамиды Хеопса и расцвета цивилизации шумеров в Месопотамии (сегодняшний Южный Ирак).

Где жили трилобиты

Биологическая станция Крукед-Крик расположена на высоте 3110 метров над уровнем моря в Белых горах, в полутора часах езды от городка Бишоп, к северу от знаменитой Долины Смерти, одного из самых сухих мест на Земле, почти на границе Калифорнии и Невады.

Была уже ночь, когда группа, возглавляемая известным ботаником Гленом Китором из Meritt College, специалистом по растениям Калифорнии, приехала на станцию. Первое знакомство: молодая американка осторожно выметает веником из комнаты какую-то живность. «Посмотрите, это существо из семейства скорпионовых. Не сам скорпион, а из семейства. Правда же, клево?»

Биостанция — это пять домиков плюс метеостанция. Интересно, что эти домики сначала стояли в центре Лос-Анджелеса и использовались для какого-то маленького торгового центра. Когда их собирались сносить, кому-то пришла в голову идея разобрать их на бревна и подарить ученым (у которых, как у всех ученых, постоянная нехватка финансирования). Потом эти бревна перевезли на грузовиках в Крукед-Крик и собрали обратно в домики.

На станции можно встретить представителей разных отраслей науки: экологов, энтомологов, ботаников, даже палеонтологов, которые ищут здесь трилобитов — существ, живших в эпоху палеозоя1. Дело в том, что этот район в Белых горах представляет собой комбинацию из необычного климата, холодного и сухого, специфических почв, редких растений и удаленности от цивилизации (так как место мало потревожено людьми, окаменелости можно найти близко к поверхности).

Станциям в Белых горах 60 лет, на них сначала изучали космическую радиацию и физиологию дыхания в условиях низкого давления. Потом рядом обнаружили эти древние сосны, которые оказались полезны для дендрохронологии, и построили станцию пониже, в непосредственной близости к рощам сосны долговечной.

Сравнение колец

В первой половине XX века самыми старыми деревьями на Земле считались гигантские секвойи (Sequoiadendron giganteum), сверхмассивные калифорнийские деревья, живущие до 3500 лет и достигающие в толщину 8 метров. Каково же было удивление ученых, когда в 1957 году исследователь Эдмунд Шульман обнаружил, что сравнительно небольшие сосны, растущие в Белых горах Калифорнии, на тысячу лет старше секвой.

Эдмунд Шульман интересовался возрастом деревьев не из спортивного интереса. Он работал в Университете Аризоны с Эндрю Дугласом, основателем науки дендрохронологии, которая занимается анализом древесных колец. Сравнивая шаблоны годовых колец старых деревьев с шаблонами колец бревен, использовавшихся индейцами в Аризоне, Дуглас смог определить время строительства древней индейской стоянки Шоу Лоу, что было важно для понимания истории индейцев юго-запада США. Так ботаника стала помогать истории. Когда Эдмунд Шульман обнаружил тысячелетние сосны2, он сразу понял, насколько удачным является это дерево для дендрохронологии. Во-первых, оно гораздо тоньше секвойи, поэтому из него можно легко извлекать пробы с помощью специального полого сверла, которое выгрызает тонкую «колбаску» древесины, не повреждая все дерево. Во-вторых, суровый климат Белых гор сделал сосну долговечную очень чувствительной даже к небольшому изменению годовых осадков: в сухой год у дерева образуется тонкое годовое кольцо, в чуть более влажный год — широкое. В-третьих, пни секвой, как правило, полностью сгнивают менее чем за тысячу лет, в то время как пни сосны долговечной пропитаны смолой и почти не гниют в практически стерильной, лишенной бактерий и грибков среде Белых гор. Эти пни стоят, как мумии, тысячелетиями, что позволяет сравнивать узоры колец живых деревьев и узоры колец старых пней, точно определяя их возраст.

Patriarch Grove of Bristlecone PinesШкала Фергюсона

Сопоставлением колец живых и мертвых деревьев впервые занялся Весли Фергюсон, который вместе с Дугласом и Шульманом работал в Лаборатории исследования древесных колец Университета Аризоны. Фергюсон и его последователи смогли составить непрерывную шкалу колец сосны долговечной длиной более 11 тысяч лет.

Шкала в 11 тысяч лет строится так: берем живое дерево, находим в его старых кольцах некую последовательность (например, узкое-широкое-узкое-узкое-узкое), потом находим такую же последовательность в молодых кольцах старого мертвого пня, после чего можно определить возраст старых колец этого пня.

Это позволило Фергюсону «поправить» известный радиоуглеродный метод определения возраста остатков живых существ. Радиоуглеродный метод был открыт в 1947 году физикохимиком У иллардом Либби, но в 1960-е годы выяснилось: этот метод не исключает серьезных ошибок из-за исторических колебаний содержания радиоактивного углерода-14 в атмосфере Земли. Фергюсон и его коллеги измерили содержание углерода-14 в кольцах сосны долговечной, что дало возможность «откалибровать» радиоуглеродный метод. «Поправка» Фергюсона привела к революции в исторической хронологии Западной Европы и других мест, находящихся на противоположном от сосен Белых гор конце Земли.

Например, в результате этих поправок ученые узнали, что Стоунхедж3 был построен до начала микенской культуры Древней Греции4. Также узнали, что металлургия меди появилась в балканских горах до ее возникновения в Древней Греции и что храмы на Мальте были построены до храмов на Ближнем Востоке. Другими словами, если раньше ученые думали, что цивилизация плавно наступала из Египта, Ближнего Востока и Греции в Западную Европу, то после работ Фергюсона стало понятно, что многие достижения цивилизации появились в Западной Европе независимо.

Секрет долголетия

В чем же секрет долголетия сосны долговечной? Шульман заметил, что сосны этого вида, которые растут в относительно благоприятных условиях (влажных, защищенных от ветра каньонах), живут меньше, чем их собратья, «прозябающие» почти в невыносимых условиях. Современные исследователи деревьев выдвигают гипотезы, что в суровых условиях у сосен меньше врагов — болезнетворных грибков, бактерий и насекомых.

Другим объяснением долголетия этой сосны является ее «секционная архитектура». В частности, вода, поглощаемая корнем левой части дерева, как правило, направляется в ветку той же левой секции, а не распределяется по всему периметру. Поэтому, если правая часть дерева будет повреждена вредителями или даже молнией, это не убьет все дерево. Примером такого «секционного» дерева является Мафусаил — самое старое дерево, обследованное Шульманом и названное им по имени библейского долгожителя. Мафусаил находится в «роще Шульмана» неподалеку от биостанции. Он похож на абстрактную скульптуру из мертвой древесины с небольшим ручейком живой плоти и несколькими живыми веточками. К сожалению, Мафусаил, которому 4840 лет, привлекал внимание хулиганов, которые вырезали на его коре надписи и отрубали куски древесины на сувениры. После нескольких инцидентов биологи убрали с дерева табличку и решили хранить местонахождение дерева в тайне.

Жить надо долго

Другой вопрос, который пытаются решить экологи, — почему сосна долговечная живет именно в этой местности, похожей одновременно на пустыню и тундру. Оказывается, эта сосна может в принципе расти даже в мягком климате средиземноморского типа. Но в «нормальном» лесу она неконкурентоспособна: растет медленно и боится затенения, поэтому легко вытесняется другими деревьями. Зато другие деревья не могут выдержать Белые горы, особенно зоны, в которых сосна долговечная держит монополию. Дело не только в климате, но и в специфической почве. Когда-то давно эта часть Калифорнии была дном неглубокого моря; многометровые отложения ракушек морских организмов спустя миллионы лет образовали отложения камня известняка. В результате столкновения тектонических плит дно поднялось на 4 километра вверх, на верхушку гор, получивших имя из-за белого цвета известняка. Известняк сделал почву гор щелочной и избавил сосну долговечную от конкурентов, которым нравится более кислая почва.

Наиболее трудный вопрос: зачем растению вообще жить тысячелетиями? В чем эволюционное преимущество долгой жизни? Известный специалист по хвойным растениям Калифорнии Рональд Ланнер в своей книге привел гипотезу, что долгая жизнь позволяет популяции переносить катастрофические изменения климата вроде глобального потепления. В любой момент времени в популяции есть деревья, которые начали жизнь и выжили в разных условиях, при холодном или при теплом климате. Поэтому когда климат снова похолодает или потеплеет, потом ки дерева из предыдущего подобного периода смогут выжить в новом катаклизме.

С другой стороны, многие ученые считают, что в процессе глобального потепления сосна долговечная просто «отступит» вверх по склонам Белых гор в те места, где сейчас находятся альпийские луга, покрытые ковром пригнувшихся к земле цветов.

Цветок Castilleja applegatei — паразит на корнях других растенийЦветок Castilleja applegatei — паразит на корнях других растений

Созревающая мужская шишка (microstrobilus) с пыльцойСозревающая мужская шишка (microstrobilus) с пыльцой. Через пару недель она выпустит пыльцу, которая понесется по ветру в поисках женских шишек (megastrobilus). Ее красный цвет позволяет шишке поглощать больше тепла от солнца, что ускоряет развитие пыльцы

Женская шишка (megastrobilus), оплодотворенная в прошлом годуЖенская шишка (megastrobilus), оплодотворенная в прошлом году. Оплодотворение происходит в конце июня — начале августа, но семена созревают только на следующий год, когда в конце сентября — начале октября шишечка раскрывается, и семена разлетаются, уносимые ветром. На каждой чешуйке женской шишки находится «щетинка», поэтому по-английски сосна называется Bristlecone Pine («сосна с щетинистыми шишками»)

Главная проблема сосны долговечной в старом возрасте — это постепенная эрозия почвы под ее корнямиГлавная проблема сосны долговечной в старом возрасте — это постепенная эрозия почвы под ее корнями, из-за чего сосна постепенно «приподнимается» и в конце концов падает

Зачем люди изучают деревья? Ботаник Глен Китор отвечает так. Когда-то деревья Калифорнии поддерживали целую цивилизацию индейцев, которые употребляли в пищу вымоченные желуди вечнозеленых калифорнийских дубов (в частности, Quercus agrifolia) и орехи сосны пиньон (Pinus monophylla). Деревья играли для калифорнийских индейцев ту же роль, которую для европейцев играла пшеница, а для азиатов — рис. Возможно, в будущем, когда у человечества закончится нефть, роль деревьев снова увеличится. Вооруженные биотехнологиями люди станут выращивать генетически модифицированные деревья для получения химических веществ, которые мы сейчас синтезируем из нефти. При этом сценарии будущего ученым предстоит хорошо разобраться как в биологии самих деревьев, так и в биологии существ, окружающих деревья в экологической системе, — бактерий, насекомых и почвенных грибков.

_______________

1 Геологическая эра древней жизни, начавшаяся 570 млн лет назад и продолжавшаяся 320 млн лет.

2 Он нашел несколько сосен старше 4000 лет, и одна из них (Мафусаил) была им же датирована 2832 годом до нашей эры (то есть сейчас ей 4840 лет).

3 Знаменитое древнее каменное строение в Англии

4 Микенская культура — XVI–XI века до нашей эры.

Источники информации:

1. Ronald M. Lanner. The Bristlecone Book: A Natural History of the World’s Oldest Trees. Mountain Press Publishing Company. 2007.

2. Ronald M. Lanner. Conifers of California. Cachuma Press. 1999.

3. Anne Johnson. The ancient bristlecone pine forest. Community Printing and Publishing. Bishop, California. 1999.

4. Michael P. Cohen. A Garden Of Bristlecones: Tales Of Change In The Great Basin. University of Nevada Press, 1998.

5. http://www.info.umu.se/NYHETER/PressmeddelandeEng.aspx?id=3061

6. http://scitech.blogs.cnn.com/2008/05/06/oldest-tree-in-world/

7. http://news.nationalgeographic.com/news/2008/04/080414-oldest-tree.html

8. http://www.wmrs.edu

4 thoughts on “Жизнь деревьев. Pinus longaeva переписывает историю.

  1. You could definitely see your skills within the article you write.
    The world hopes for even more passionate writers like you who are not afraid to say how they
    believe. Always go after your heart.

    Reply

Leave a Reply