Ученые СФУ изучают «климатические дневники» в клеточной структуре сосны

Информацию о краткосрочных климатических колебаниях, изучая клетки древесины сосны обыкновенной, растущей на юге Сибири, в Республике Хакасия, получили исследователи Сибирского федерального университета (СФУ), 18 марта сообщает пресс-служба вуза.

Ученые установили, что на сроки формирования древесины сосны и на то, когда сосна в южносибирских лесостепях может с высокой вероятностью пострадать от засух, значительное влияние оказывают даже небольшие различия в температуре и осадках.

С помощью разработанного ими метода можно прогнозировать пожароопасные периоды, нашествия насекомых-вредителей и определять наиболее перспективные участки леса, откуда следует брать семена для лесовосстановления.

Годичным кольцом у деревьев называется наращенный за теплый сезон года новый слой древесины. По биологической классификации, древесина — это один из видов ксилемы — ткани, проводящей воду от кончиков корней к листьям или хвое. У хвойных деревьев и кустарников она в основном состоит из клеток, имеющих форму вертикальных трубочек — трахеид.

Древесина нарастает за счет деления клеток камбия, находящегося между древесиной и корой). Эти клетки растут, увеличиваются в диаметре, затем у них утолщается стенка и постепенно исчезает внутреннее содержимое, после этого трахеида встает в строй, становясь очередной трубочкой в системе «внутреннего водопровода» дерева.

При этом у каждой клетки для стадий развития свои сроки, на которые влияют погодные условия. Таким образом, жара и холод, дожди и засухи детально «записываются» деревом в клетках древесины, и по их характеристикам — размерам клеток и толщине их стенок, можно расшифровать эти «дневниковые записи». Именно эту задачу дешифровки климатических условий на территории произрастания сосны решают ученые СФУ.

Старший научный сотрудник лаборатории дендроэкологии и экологического мониторинга Хакасского технического института (ХТИ, филиал СФУ), и лаборатории биогеохимии экосистем СФУ Лилиана Белокопытова рассказала о ходе исследований:

«Задача усложняется тем, что размеры клеток древесины имеют строгие ограничения, заложенные генетически, чтобы они могли успешно выполнять свои функции. Кроме того, условия того времени, когда клетка только начала свое развитие, будут влиять и на весь ее дальнейший рост. В результате мы получаем нелинейные, но хорошо различимые зависимости между разными характеристиками трахеид».

В активе ученых СФУ были данные по клеточным измерениям древесины сосны за период длительностью более 200 лет, какими могут похвастаться лишь очень немногие из научных коллективов в мире. Они помогли им разработать и успешно испытать метод математических вычислений, который позволил выделить влияние «наследия прошлого» в записях клеточных измерений.

По словам Белокопытовой, эта работа стала продолжением серии исследований анатомии древесины сосны обыкновенной на Юге Сибири. В ее ходе было установлено, что даже при сходных условиях формирования «записи» в клетках древесины сосны в лесостепях Хакасии и Южной Бурятии различаются по времени написания и по содержанию.

Однако эти два региона находятся далеко (больше 1000 км) друг от друга. Поэтому можно предположить, что причина этих различий кроется в разном климате.

Чтобы это проверить, было проведено новое исследование, в процессе которого были «прочитаны» записи в древесинах сосен, растущих на расстоянии всего лишь 120 км друг от друга (причем сосны были подобраны из предгорий хребтов, окружающих одну и ту же долину).

Данное исследование убедительно доказало, что уже самые небольшие различия в температуре и осадках оказывают значительное влияние на сроки формирования древесины. Это поможет прогнозировать вероятность того, что сосна в хакасской лесостепи может пострадать от засух.

Старший научный сотрудник лаборатории дендроэкологии и экологического мониторинга ХТИ и лаборатории биогеохимии экосистем СФУ Дина Жирнова отметила стабильность и надежность предложенного ими метода анализа климатических записей, который раскрывает детали погодных условий, оказывающих влияние на рост деревьев.

«Для лесоохранных организаций региона это может быть потенциально полезно, чтобы вычислять периоды, когда сосновые леса подвергаются наибольшей пожарной опасности из-за засухи, какие древостои и в какое время более уязвимы для вредителей, а какие деревья и участки леса лучше других приспосабливаются к меняющемуся климату — следовательно, могут использоваться как источник семян для лесовосстановительных работ», — подвела итог Жирнова.

Результаты исследования ученые СФУ представили в статье, опубликованной в Journal of Forestry Research.