Рост листа не может быть столь сложным, как это кажется. Когда сравнено, разновидности к разновидностям, более короткие деревья показывают большую разновидность размеров листа, чем более высокие с самыми высокими деревьями все имеющие листья, измеряющие 10 – 20 сантиметров в длине, биофизике и отчете биолога. Узкий диапазон размера может иметь простое объяснение во внутреннем слесарном деле деревьев, говорят они. Если бы это правильно, анализ также объяснил бы, почему самые высокие деревья достигают высшего уровня приблизительно в 100 метрах.
«Это – очень простое наблюдение», говорит Каар Дженсен, биофизик в Гарвардском университете, представляющий, вместе с Мацеем Цвиники из Калифорнийского университета, Дэвисом, анализом в работе, опубликованной сегодня в Physical Review Letters. «Нам повезло, что другие не сделали его прежде».Дженсен и Цвиники рассмотрели только цветковые растения или покрытосемянные растения, такие как клены и дубы, но не голосеменные растения, такие как сосны и секвойи. Рассматривая существующие данные на 1925 разновидности, они нашли, что среди покрытосемянных растений короче, чем 30 метров, длина листа варьируется чрезвычайно от 3-сантиметровых причудливых завитушек lacebark вяза к 60-сантиметровым откидным створкам bigleaf магнолии. Теснина диапазона как высота дерева увеличивается с самыми высокими покрытосемянными растениями все вырастающие листья, которые 10 – 20 сантиметров длиной.
Эти два объясняют эту тенденцию с точки зрения потока сока и энергии через дерево. Лист покрытосемянного растения производит сладкий сок, текущий в сеть подобных трубе клеток, названных флоэмой, транспортирующей сок вниз магистраль дерева и через корни. По пути дерево усваивает сахар. Такой поток ведет различие в концентрации сахара, генерирующей «осмотическое давление».
Дженсен и Цвиники смоделировали дерево как пара цилиндрических труб: короткая, проницаемая труба (флоэма в листе) приложенный к длинной, непроницаемой трубе (флоэма в магистрали). Сок распространяется во флоэму листа и путешествует вниз флоэма магистрали.
Чем дольше проницаемая труба листа, тем больше площади поверхности, которую она имеет, таким образом, более легко сок может войти. Вещи отличаются во флоэме магистрали: Там, чем дольше труба, тем более подобное трению сопротивление она предлагает течь. (Они смоделировали «слив», в котором сок просачивается из флоэмы как одна треть, проницаемый цилиндр, но предположил, что это является таким длинным, что это обеспечивает незначительное сопротивление и может быть проигнорировано.)
Исследователи тогда рассмотрели, как общий поток сока и энергии меняется в зависимости от длины листа. Если листья являются большими, то сопротивление от магистрали ограничивает поток. Фактически, создание листьев, больше, чем определенная максимальная длина, не приводит ни к какому дополнительному потоку или преимуществу.
С другой стороны, если листья являются очень маленькими, их сопротивление ограничивает поток. И если бы лист короче, чем определенная минимальная длина, то сок тек бы через флоэму более медленно, чем это могло просто распространиться через дерево. В том пункте слесарное дело флоэмы стало бы бесполезным.Фактически, эти пределы аккуратно соответствуют наблюдаемому образцу размеров листа, сообщают исследователи.
И поскольку высота дерева увеличивается, два предела сходятся и пересекаются примерно в 100 метрах: высота самых высоких покрытосемянных растений. Это означает деревья, более высокие, чем 100 метров просто не могли произвести листья, повинующиеся обоим пределам длины, устанавливая предел для высоты дерева, говорит Дженсен.Не все покупают объяснение. «Я люблю подход, но я просто думаю, что это – слишком много протяжения», говорит Джон Сперри, физиолог растения в университете Юты в Солт-Лейк-Сити. Суперпростая модель не учитывает несколько факторов, которые должны решительно изменить математику, говорит Сперри.
Например, он говорит, нет непосредственного отношения между листьями и трубами флоэмы в магистрали, поскольку трубы сливаются. Что касается однородности размера листа среди самых высоких деревьев, Сперри отмечает, что такие деревья растут в самых умеренных окружающих средах и что подобные условия могут привести к подобным размерам листа по другим причинам.Однако К. Кевин Бойс, палеонтолог в Чикагском университете в Иллинойсе, специализирующийся на развитии растения, говорит, что считает аргумент в пользу пределов вероятным. «Артикулирование самого образца является важным шагом», говорит он. «И если Вы – первый человек, который признает образец, Вы также получаете первую трещину при объяснении его».
Теория могла быть далее проверена путем наблюдения, является ли образец размеров листа тем же для различных семей в покрытосемянной группе, говорит он.У Дженсена есть различная идея для испытания теории.
Математика обеспечивает простое уравнение для того, как скорость потока меняется в зависимости от высоты дерева и продолжительность его отпусков. Та скорость могла быть измерена в различных разновидностях высоких деревьев, он говорит, несмотря на то, что это могло бы потребовать поднятия машины MRI в навес дождевого леса.