Эффективные структуры листьев

Растения – впечатляющие системы для физического исследования, поскольку они математически прекрасны. Листья растений покрыты сеткой жилок, эти сетки такие же разные, как и отпечатки пальцев у людей. В последние годы учёные начали исследовать причины, по которым такие узоры очень часто встречаются в природе.


Понимание учеными принципов жилкования листьев позволяет исследовать другие научные проблемы, например, может пролить свет на кровеносную систему поверхности мозга и помочь понять связь между активностью мозга и кровотоком.

Эффективные структуры листьевЧтобы изучить структуру жилок, ученые рассматривают различные растения, произрастающие от пустыни до арктической тундры, во влажных и сухих условиях. Исследуя растения, они разработали уникальную систему с использованием контрастной жидкости, ультрафиолетового света и оптических фильтров. Жидкость при поступлении заполняет жилки, и постепенно проявляется структура листа.

«Фотографируя флуоресцирующую жидкость, проходящую по поврежденным листьям, мы смогли количественно описать то, как вода обтекает места повреждений» – говорит один из ведущих специалистов по листьям Элени Катифори (Eleni Katifori). Она возглавляет группу по изучению растений в составе проекта «Физика Биологической Организации» (Physics of Biological Organization, Max-Planck Institute for Dynamics and Self-Organization, Göttingen).

Эффективные структуры листьев

«Сложная сеть каналов, переносящих питательные вещества, позволяет растению эффективно распределять эти вещества по всей поверхности листа. Сеть этих каналов внутри листа постоянно формирует петли, это создает устойчивость к повреждениям. Но важнее всего то, что сеть создается избыточной за счет вложенности петель друг в друга – то есть, петли внутри петель, внутри петель.

Эффективные структуры листьев

Благодаря этой избыточности локальные нарушения в отдельных участках листа не отражаются на функционировании листа в целом. Питательные вещества могут быть доставлены до места назначения в обход проблемных мест по функционирующей петле сети» – отмечает Элени.

Но так было не всегда. Лист Гинкго (Ginkgo), не обладающий петлевой структурой, не может похвастаться такой выносливостью. Гинкго считается «живым ископаемым» и является одним из древнейших видов населяющих Землю. Когда-то они были так широко распространены, что осенью земля была укрыта сплошным ковром листьев Гинкго.

Эффективные структуры листьев

У Гинкго очень простая система жилок – они все прямые. На поврежденном листе вода не может обойти поврежденное место, поэтому эта часть листа отмирает. Это стало причиной того, что Гинко, покрывавшие большую часть нашей планеты, уступили более сложным растениям, у которых благодаря более сложному жилкованию процесс фотосинтеза проходит более эффективно.


В наши дни у многих видов флоры очень сложное жилкование. Системы жилок современных растений помогают им приспосабливаться к любым условиям, не тратя много энергии. Они образуют петли, по которым вода может обходить поврежденный участок и питать весь лист. Поэтому современные растения намного более живучи.

Вероятно, листья и системы жилкования все еще развиваются. Растения конкурируют, и, возможно, через сотни миллионов лет у них появятся другие, более эффективные структуры листьев.

По материалам Mona Lisa Production

Эффективные структуры листьев: 3 комментария

  • 08.05.2018 в 00:47
    Permalink

    Всё современем меняется. Вспомните, хотя бы, о эволюции человека и животных. Так и листва проходит свои изменения. Она приспосабливается и просто выживает.

    Ответ
  • 08.07.2018 в 10:30
    Permalink

    Природа, вообще, сложная штука. Она развивается, эволюционирует и просто выживает. Людям нужно брать пример с неё. Ведь на основе информации о ней и на её примерах мы можем достичь огромных результатов в разных сферах нашей жизни.

    Ответ
  • 11.07.2018 в 01:49
    Permalink

    Почему учёные не додумались о такой схеме питания кожи лица? Ведь это было бы идеальное решение! Или ввести такие инновации в медицину. Думаю всё ещё впереди!

    Ответ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *