Какие силы позволяют деревьям стоять прямо? Чтобы расти прямо, растениям нужна двигательная система, которая контролирует их осанку, создавая силы, компенсирующие гравитацию. Ученые долгое время считали, что эта двигательная сила контролируется только внутренними силами, возникающими в древесине. В исследовании, опубликованном 4 августа 2018 года в New Phytologist, исследователи из CNRS и Cirad показали, что кора также участвует в создании механических напряжений у некоторых видов деревьев.
Поскольку вертикальное положение неустойчиво - как для деревьев, так и для людей - необходимы механизмы, компенсирующие действие гравитации. Чтобы гарантировать, что они растут вертикально, деревьям нужна как «скелетная» система, которая достигается за счет жесткости и прочности материала ствола, так и «двигательная» система для контроля их положения путем создания сил, компенсирующих гравитацию. Хотя скелетная функция коры уже была продемонстрирована, ее двигательная функция (как «мышца» дерева) обычно не учитывалась в биомеханических и экологических исследованиях, поскольку древесина считалась единственной тканью дерева с активными механическими функциями.
Чтобы понять роль коры, исследователи из лаборатории Ecofog (CNRS/AgroParisTech/Cirad/Inra/Université de Guyane/Université des Antilles) и лаборатории LMGC (CNRS/Université de Montpellier) [1] выращивали тропические видов под углом. Силы, которые развивались в стволах молодых деревьев с кольями, вызывали искривление ствола, как только колья были удалены. У некоторых видов при удалении коры со стебля эта кривизна исчезала, что свидетельствует о том, что силы, ответственные за вертикальное выпрямление стебля, сосредоточены в коре.
Механизм возникновения этих сил связан со специфическим строением коры, где волокна организованы в виде решетки.[2] Когда ствол растет, развитие слоев древесины увеличивает окружность коры. Решетчатая структура волокон коры такова, что это напряжение создает силы вдоль ствола. Если стебель наклонен, рост происходит быстрее на верхней стороне стебля, что приводит к возникновению асимметричных сил. Именно эта асимметрия позволяет стеблю изгибаться вверх. Таким образом, у пяти из девяти исследованных видов деревьев создание сил, позволяющих дереву компенсировать гравитацию, обусловлено не только созреванием стенок клеток древесины, но и ростом древесины в этой хитроумно организованной решетке волокон в лай.
Природа решила бесконечное количество инженерных задач. Потребность деревьев в вертикальном росте за счет оптимизации организации их тканей сегодня является потенциальным источником замечательного вдохновения для материаловедения.
Примечания:
[1] Ecofog: Ecologie des forêts de Guyane и LMGC: Laboratoire de mécanique et de de génie Civil.
[2] Решетка - это набор стержней или кабелей, образующих диагональную ячеистую мобильную сеть.