Задачка для средней школы?

Главы из книги

Ещё одна интересная и, казалось бы, «лежащая на поверхности» загадка заключается в очень простом вопросе: как деревья поднимают воду от корней к вершине? Как мы уже с вами знаем, вода с растворёнными в ней минеральными веществами поднимается вверх по стволу по трубочкам, представляющим собой стенки мёртвых клеток. Трубочки эти очень узкие — от 0,01 до 0,2 миллиметров в диаметре. Ясно, что дерево успешно доставляет по ним воду даже к самым верхним своим ветвям и листьям. Измерена и скорость этого поднятия — до 10 метров в час.

Даже одно из самых высоких деревьев на Земле — псевдотсуга Мензиса (Pseudotsuga menziesii), которая достигает высоты 110 метров, прекрасно справляется с этой задачей. Поднять воду на такую высоту, просто создавая разрежение поверх водяного столба, то есть как бы засасывая её снизу вверх поршнем, невозможно.

Курс физики средней школы утверждает, что таким образом можно поднять воду не выше, чем на 10 метров. Да и нет у растений никаких подобных приспособлений и органов. Может быть, вода поднимается по трахеидам древесины благодаря капиллярному эффекту? Тоже не получается. Зная диаметр капилляра, плотность и коэффициент поверхностного натяжения жидкости, мы можем вычислить, что максимальная высота поднятия не может быть в таком случае больше 3,5 метров. Маловато...

Напрашивается единственный возможный вариант — чтобы поднять воду на высоту самых высоких деревьев, корни должны работать как насос, создающий давление приблизительно в 50 атмосфер. Измерили давление воды на выходе из корня. Получилось, что оно в сотни раз меньше требуемого. Да, к тому же, это давление не постоянно в течение суток. Максимально оно ранним утром, а к обеду вообще исчезает. Опять, уже в который раз, мы сталкиваемся с ситуацией, когда результат очевиден, а метод достижения этого результата непонятен.

Совсем недавно была предложена гипотеза, объясняющая этот процесс. Суть её в том, что растения поднимают наверх воду с помощью так называемой транспирации — процесса, имеющего много общего и с испарением, и с осмосом. Заключается он в том, что сухой воздух, обладающий высокой поглощающей способностью, «вытягивает» молекулы воды через устьица из листьев. А не разрывается водяная нить, проходящая по сосудам древесины, за счёт сил молекулярного сцепления.

На первый взгляд, всё понятно. Эдакая открытая «кровеносная» система растений. Но всё же остаются некоторые вопросы.

Во-первых, часть воды, достигнув листа, не испаряется, а, насытившись сахарами и аминокислотами, отправляется в обратное путешествие — к корням. Она перетекает по флоэме, специальной ткани дерева, расположенной кольцом под корой. Флоэма построена из живых клеток, и, хотя скорость перемещения растительного сока по ней примерно в 10 раз меньше скорости воды в древесине, всё же объёмы перемещаемой жидкости значительны. И течёт эта жидкость вниз не под действием силы тяжести, иначе растения, у которых корень расположен выше стебля, например, многие эпифиты, не получали бы столь необходимые им вещества. Поэтому «кровеносная» система у растений не такая уж и открытая.

Во-вторых, вода в растениях циркулирует и без листьев. Скажем, нашей зимой или во время засухи в жарких странах, как известно, многие деревья сбрасывают листья.

В-третьих, растения успешно поднимают воду к своей верхушке и в условиях 100% влажности окружающего воздуха, например, в экваториальных дождевых лесах. Более того, именно для растений, живущих в условиях высокой постоянной влажности характерно наличие очень больших (видимых невооружённым глазом) водяных устьиц — гидатод. Гидатоды специально приспособлены для того, чтобы выделять лишнюю воду, и выделяют они её в больших количествах. Распространённое комнатное растение алоказию по этой причине называют даже иногда «плачущим деревом». Есть гидатоды и у водных растений. Какая уж тут транспирация!

Подобных вопросов можно было бы задать множество, но и из уже сказанного ясно, что у растений, помимо транспирации, должны существовать и иные механизмы для перемещения воды с растворёнными в ней веществами.

• Введение
• Мезозой  или Мезофит?
• Растения движутся
• Органы чувств растений
• Мор, глад и метеориты
• Очевидное — непонятное
• Тёплые и пушистые
• Распорядок дня