Исследователи, изучающие гигантские амазонские кувшинки, выращенные в Ботаническом саду университета, разгадали инженерную загадку, стоящую за самыми большими плавающими листьями в природе.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science Advances, исследователи обнаружили, что отличительный рисунок на нижней стороне гигантских листьев является секретом успеха гигантской амазонской кувшинки (род Виктория).
Перекрестный каркас образует сосудистую структуру кувшинки (или листа), поддерживая ее большую площадь поверхности и удерживая ее на плаву. Гигантские листья могут расти на 40 см в день, достигая почти 3 м в диаметре - в десять раз больше, чем у любых других видов кувшинок, - и нести вес маленького ребенка.
Доктор Крис Торогуд, заместитель директора Ботанического сада Оксфордского университета, сказал:
'Я восхищался этим необычным растением, когда в детстве ездил в ботанические сады. Помню, я удивлялся, как он может вырасти таким большим».
Исследователи сравнили высокобокий лист гигантской амазонской кувшинки с толстыми жилками с нимфеей - меньшее родство с дискообразными листьями и менее заметной сосудистой системой. Используя эксперименты на месте и математическое моделирование, команда обнаружила, что гигантские листья амазонской кувшинки обладают большей жесткостью для данного объема растительного вещества.
'Их сила позволяет гигантским листьям амазонской кувшинки занимать огромную поверхность для улавливания света, несмотря на их низкую биомассу по сравнению с другими кувшинками. В этом секрет их успеха», - сказал доктор Торогуд.
Д-р Финн Бокс, научный сотрудник Университета Королевского общества, Школа физики и астрономии Манчестерского университета, объяснил:
'Размер листа обычно ограничен механически из-за затрат на техническое обслуживание. Большая площадь поверхности для фотосинтеза требует больше энергии растения для поддержания. Структура и несущие свойства гигантской амазонской кувшинки дают ей конкурентное преимущество: высокая прочность при низкой стоимости».
Вдали от тепличного пруда и обратно в свою естественную среду обитания - быстро высыхающие эфемерные бассейны бассейна Амазонки - гигантская амазонская кувшинка эволюционировала с преимуществом в гонке среди растений за пространство и свет.
Его гигантские листья раскрываются быстро и дешево, борясь за положение на поверхности воды, чтобы создать мозаику из кувшинок, которые блокируют свет для любых растений внизу.
Гибкий каркас листа может выдерживать упругую деформацию, чтобы избежать повреждений от болотных птиц. Небольшие отверстия на поверхности отводят дождевую воду. Шипы на нижней части листа отталкивают другие растения, когда лист разворачивается, и защищают от поедания рыбы.
«Листья действительно универсальны», - сказал доктор Торогуд. «Растения хорошо приспособлены к условиям своей среды обитания».
Несмотря на очарование художников, архитекторов и зрителей Зеленой планеты, до сих пор мало что было известно о секрете размера и силы парящих гигантов.
'Замечательные структуры в природе могут помочь нам решить проблемы проектирования в инженерии. Форма этих кувшинок могла вдохновить гигантские плавучие платформы, такие как солнечные батареи в океане. У листьев мы можем многому научиться, - заключил доктор Торогуд.