Чим дихають дерева?

Чому дерева дихають вуглекислим газом, а люди – киснем?

Ви читаєте ці слова, а тим часом все рослини – дерева на вашій вулиці, водорості в парковому ставку, маленький кактус на вашому вікні – виділяють кисень. На суші цей процес непомітний: ми не бачимо, як рослини виділяють кисень, так само як не бачимо його, коли вдихаємо.

Однак перебуваючи під водою, можна побачити, як водорості виділяють бульбашки кисню. Завдяки рослинам вміст кисню в повітрі становить трохи більше однієї п’ятої, – це ідеальне співвідношення для людського дихання. У XVII столітті вчені зрозуміли, що рослини виділяють кисень. Вони задумалися, звідки береться кисень в повітрі, адже, згідно з їхніми припущеннями, повітря навколо нас повинен втрачати кисень. Нарешті, в багатьох місцях по всій планеті день і ніч горить вогонь, спалюючи при цьому кисень. Мільярди тварин, включаючи людей, вдихають кисень, використовують його і потім видихають вуглекислий газ. Чому ж в повітрі не збільшується рівень вуглекислого газу? І чому кисень ще не пропав?

Вчені помітили, що свічка в маленькому закритому просторі згасає, витративши весь кисень. Однак вона знову буде горіти, якщо в цьому приміщенні деякий час потримати живе зелена рослина. Очевидно, що живі рослини виділяють кисень. Але як і чому?

Ось як це відбувається. Зелені рослини використовують енергію Сонця на виробництво їжі для себе – сахарози. Щоб виробити сахарозу, вони беруть воду з грунту і вуглекислий газ з повітря. Кисень вивільняється, коли рослини «готують собі їжу». Кисень є таким же побічним продуктом цієї фабрики з виробництва їжі, як приємний аромат в пекарні при випічці хліба.

Зелений колір є для рослин важливою складовою процесу приготування їжі. Зелений колір листя – це забарвлення пігменту хлорофілу. Згадайте воду, яку рослини вбирають з грунту. Кожна молекула води складається з двох атомів водню і одного атома кисню. Хлорофіл в листі рослин використовує енергію сонячного світла для розщеплення молекул води, відокремлюючи водень від кисню. Деякі атоми знову з’єднуються, перетворюючись в воду. При цьому вивільняється набагато більше енергії, ніж може використовувати рослину, отже, рослина використовує цю енергію для виробництва речовини під назвою АТФ (аденозінтри-фосфат). АТФ займає вуглець з вуглекислого газу і атоми водню з розщепленої води і перетворює все це в сахарозу – їжу для себе! (Щорічно рослини Землі виробляють 150 млрд. Метричних тонн сахарози). Тим часом кисень з розщепленої води просто викидається в повітря. Ось чому атмосфера Землі завжди багата киснем – рослини люблять солодке. Весь цей процес називається «фотосинтезом». У перекладі з грецького означає «з’єднання зі світлом».

Фотосинтез, збагачує атмосферу киснем, але дихання тварин, яке насичує її вуглекислим газом, врівноважують один одного. Однак з XIV століття вміст вуглекислого газу почало швидко зростати. Оскільки вуглекислий газ поглинає тепло від Сонця, великі побоювання викликає так званий «парниковий ефект», унаслідок якого середні температури на Землі підвищуються. Навіть незначне підвищення температури може викликати посуху, збільшити площі пустель і зменшити кількість їжі на Землі.

Виходом з цього положення, можливо, створення нових автомобілів і фабрик, спалювати менше бензину і вугілля, виробляючи менше вуглекислого газу. Але не менш важливо покласти край вирубці тропічних лісів. Такі ліси – всього лише скупчення зелених рослин на Землі, але вони очищають повітря від надлишкового вуглекислого газу і дають нам свіжий кисень для дихання.

Як дерева переживають зиму і чому ялинки вічнозелені. ВІДЕО

Усі вони були пристосовані до існування в тропіках, де завжди тепло, є вода в рідкому стані, впродовж року їхнє листя у безпеці, і їм не загрожують морози.

Якби ви взяли тропічне дерево, древнє або сучасне, і перемістили його до Сибіру взимку, вода, що в ньому є, замерзла б і перетворилася на гострі кристалики льоду.

Вони проколювали б живі клітини у кожному листочку.

Сталося б те саме, що трапляється із салатом або шпинатом, коли вони замерзають.

Через холодну погоду вода у судинах дерев перетворюється на лід.

І в цьому льоду починають формуватися бульбашки повітря, яке раніше було розчинено у рідкій воді.

Сам лід не завдає великої шкоди дереву. Але коли він починає танути, залишаються бульбашки, що є проблемою для усієї системи водопостачання.

Вона залежить від міжмолекулярного притягання молекул води та їхньої здатності тягнути одна одну вгору проти сили тяжіння.

Повітряні бульбашки розривають ланцюжки молекул, суттєво перекриваючи потік води.

Тож щоб вижити у холодних умовах, деревам потрібно було уникати двох речей:

Першу проблему дерева вирішили ще до того, як залишили місця з теплим кліматом, тому що повітряні бульбашки у судинах були і під час посухи.

Коли дерева сумлінно висмоктують воду із землі, їхні судини можуть випадково всмоктати невелику кількість повітря.

Щоб цьому зарадити, дерева із посушливих тропіків розвинули тонші судини, у яких розвивається менше бульбашкових заторів, аніж у широких судинах їхніх кузенів з місцин з вологим тропічним кліматом.

Судинна система апаптованих до посухи дерев випадково виявляється готовою до холодів задовго до того, як вони починають поширюватися за межі тропіків.

ПОЧАВШИ ЗРОСТАТИ В ХОЛОДНИХ МІСЦЯХ, ДЕРЕВА РОЗВИНУЛИ 2 СПОСОБИ ЗАПОБІГАННЯ ЗАМЕРЗАННЯ ЛИСТЯ, ЯКИМИ ВОНИ КОРИСТУЮТЬСЯ ДОНИНІ:

1. Наповнення живих клітин концентрованим цукровим соком, природною версією антифризу.

Але деякі дерева, переважно хвойні вічнозелені – такі як сосни або ялини – використовують виключно цей спосіб і цілий рік тримають своє голкоподібне листя незамерзлим завдяки дуже сильному антифризу.

2. В той же час інші види, такі як клени чи берези, поєднують відносно невеликий рівень цукру в листі з його скиданням на зиму.

Так вони запобігають листяному обмороженню.

Ці техніки є унікальними способами адаптації до низьких температур.

Або, точніше кажучи, вони були такими, допоки дерева, що скидають листя, не повернулися до сухих тропіків.

Там їхня стратегія допомагає їм витримувати тривалі сезонні посухи, що трапляються у регіонах з мусонним кліматом.