Изменение климата набирает обороты, и даже старые, умудренные опытом леса могут не выдержать напора новой реальности. Недавнее исследование проливает свет на тревожный феномен: оказывается, у взрослых деревьев есть своего рода «память» о воде, и именно она мешает им приспособиться к жизни в засушливом мире.

Автор работы, профессор ботаники из Университета Кал Полу Гумбольдт Алана Чин, вместе с коллегами опубликовала статью в издании American Journal of Botany. Они выяснили, что деревья на протяжении всей жизни хранят память о климате, в котором выросли. Это влияет на то, как они запасают и тратят воду. Многие из нынешних старых деревьев появились на свет во времена, когда воды было вдоволь. Сейчас же, когда климат стал суше, они просто не могут перестроиться.

Выводы Чин помогают понять, как именно леса пытаются выжить в новых условиях — и почему у многих это не получается. Зная, как прошлое продолжает влиять на деревья, ученые и те, кто управляет лесными хозяйствами, могут найти способы сохранить леса, даже если дождей становится все меньше.

История этого исследования началась еще в 1990-х годах в Швейцарских Альпах, в долине реки Роны. Ученые заметили, что сосны, которые росли там сотню лет, вдруг начали болеть и погибать. Сотрудники Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта решили проверить, не виноваты ли в этом засуха и изменение климата.

В 2003 году они запустили эксперимент: взяли участок взрослого леса и начали его поливать, увеличив количество летних осадков вдвое. Целых 17 лет они наблюдали за деревьями. Оказалось, что полив не только помог соснам выжить, но и заметно ускорил их рост по сравнению с теми, кому доставалась только природная влага.

Ключевое понятие, которое здесь всплыло, — «эффект наследия». Это такая экологическая память, когда прошлые условия продолжают определять жизнь организма сегодня. Например, если дерево долго мучилось от засухи, у него клетки древесины становятся мельче, а соотношение корней и листьев меняется так, чтобы поменьше испарять воды.

Ученые задались вопросом: работает ли эта память в обратную сторону, на сытое и влажное прошлое? В 2013 году они перестали поливать половину делянок, которые до этого щедро орошали много лет подряд. А через десять лет решили проверить, осталось ли у этих деревьев какое-то «воспоминание» о лучших временах.

В марте 2023 года Алана Чин и ее коллега, экофизиолог Маркус Шуаб, отправились за образцами. Они собрали свежие листья и веточки с трех групп сосен: тех, кого никогда не поливали; тех, кого поливают до сих пор; и тех, кого перестали поливать в 2013 году.

Дальше в дело пошел Швейцарский источник света — мощнейший синхротрон. С его помощью образцы просветили сверхточными рентгеновскими лучами, чтобы заглянуть внутрь клеток, ничего не разрушив. После долгой ночи сканирования ученые получили уникальные снимки, которые показали, как вода влияет на устройство дерева.

И тут открылось самое интересное. Сосны, которые когда-то знали роскошь дополнительного полива, а потом его лишились, чувствовали себя хуже, чем их сородичи, никогда не видавшие «халявной» воды. Их листья стали мельче, и устроены они были иначе — не для того, чтобы ловить солнечный свет и расти, а чтобы выживать: запасать влагу и терпеть засуху.

Мы увидели, что эффект от полива сохранялся годами, — рассказывает Чин. — И дело не в старых листьях, которые помнили орошение. Новые листья, выросшие уже после отмены полива, тоже несли на себе отпечаток прошлого. Эти деревья выглядели подавленно, хуже росли и явно страдали от стресса. Похоже, они настроили себя на то, что вода всегда будет, и когда ее забрали, просто растерялись.

Эта самая «память о воде» сформировала структуру дерева, сделав его уязвимым. В отличие от соседей, которые с детства учились жить всухомятку и отрастили глубокие корни и прочные мелкие клетки, эти бывшие „тепличные“ растения словно замерли в ожидании, что полив вот-вот вернут.

Получается, что «память» может стать для старых деревьев серьезным недостатком. Молодые сосны, которые росли уже в засушливый период последних 15–20 лет, изначально приспособлены к нему лучше. Они не помнят влажных времен и умеют обходиться малым. Это вселяет надежду, что леса будущего смогут выстоять.

Сама по себе работа Аланы Чин уникальна тем, что фиксирует самые длительные из известных последствий «водного изобилия», особенно в том, что касается строения листьев.

Обычно все изучают, как деревья реагируют на засуху, — говорит Чин. — А мы одними из первых посмотрели, что происходит, когда их хорошо поливают, а потом отменяют этот полив.

Исследование уже нашло практическое применение. Например, в округе Аламеда, Калифорния, местное отделение кооперативной службы задумалось: как правильно поливать молодые дубы? Не вредит ли им обильный полив в первые годы жизни, и не стоит ли сразу приучать их к жестким условиям, чтобы они выросли крепкими?

Раньше считалось: в первый год лей как следует, чтобы корни ушли глубоко, — объясняет Чин. — Но, возможно, это не лучший метод. В парках залива Сан-Франциско сейчас ставят эксперимент: поливают молодые деревья гораздо скупее, чтобы проверить, станут ли они от этого выносливее в будущем. Здорово, что наши научные данные помогают принимать такие практические решения.

Как эксперт в области экологии и лесного хозяйства, я вижу в этом исследовании колоссальный сдвиг парадигмы. Мы привыкли думать, что деревья — это пассивные объекты, которые просто реагируют на текущие условия. Работа Чин доказывает обратное: деревья — это сложные организмы с долговременной физиологической памятью.

Для науки ценность в следующем:

1. Ранее такие эффекты изучались в основном как последствия стресса (засухи, болезни). Здесь же впервые так детально показан «эффект сытости». Мы увидели, что избыток ресурса в прошлом может стать ахиллесовой пятой в будущем. Это заставит пересмотреть многие модели лесных экосистем, которые сейчас часто предполагают, что экосистема всегда стремится к равновесию с текущим климатом.
2. Использование синхротрона для изучения структуры клеток листьев и ветвей позволило заглянуть на самый глубокий уровень реализации этой памяти. Это прямое доказательство того, что память «вшита» в анатомию растения.

Для реальной жизни польза огромна и разнообразна:

1. Мы должны пересмотреть подходы к посадке деревьев. Метод «чем больше польешь в питомнике, тем лучше» может оказаться медвежьей услугой. Саженцы, выращенные в „тепличных“ условиях с обильным поливом, будучи высаженными в сухой грунт, могут погибнуть быстрее, чем те, что росли в спартанских условиях. Исследование подсказывает, что нужно моделировать условия будущего места посадки уже на стадии выращивания саженца.
2. Как верно подмечено в тексте, для городских парков и скверов это открытие — золотая жила. Мы тратим миллионы на полив молодых деревьев, а потом удивляемся, почему они гибнут в первую же засуху. Стратегия «жесткой любви» (умеренный полив с самого начала) может сформировать более устойчивый городской лес, которому не нужны будут постоянные поливомоечные машины через 10 лет.
3. Понимание того, что старые леса могут быть уязвимы из-за своей «влажной памяти», позволяет по-новому взглянуть на стратегии их защиты. Возможно, в некоторых случаях потребуется активное вмешательство (прореживание, создание „окон“ для возобновления более засухоустойчивого молодняка), чтобы помочь экосистеме пережить климатический переход.

Хотя представленная работа, безусловно, впечатляет своей методологией и временным размахом, остается ряд моментов, которые ставят под сомнение универсальность полученных выводов.

Главный вопрос — к репрезентативности выборки и видовой специфичности. Исследование проводилось исключительно на сосне обыкновенной (Pinus sylvestris) в конкретных условиях долины Роны. Сосна — пионерная порода, относительно неприхотливая, но при этом известная своей чувствительностью к условиям увлажнения в ювенильный период. Можно ли переносить выводы о силе и длительности «эффекта наследия» на другие виды, например, на широколиственные породы (дуб, бук, клен) с их иной физиологией и стратегиями использования запасенной влаги? Мы не знаем.

Кроме того, вызывает вопросы интерпретация самого «стресса». Авторы утверждают, что деревья с отмененным поливом выглядят хуже и демонстрируют признаки стресса. Но что мы видим на клеточном уровне? Мелкие листья и изменение соотношений тканей. В экологии это может быть не только признаком стресса, но и проявлением активной адаптации, просто более медленной. Возможно, эти деревья не „страдают“, ожидая воду, а находятся в фазе дорогостоящей перестройки своей структуры. Десяти лет может быть недостаточно для взрослого дерева, чтобы полностью переключить физиологию. Хотелось бы увидеть продолжение наблюдений еще хотя бы на 10–15 лет, чтобы понять, является ли текущее состояние этих сосен финальной точкой их деградации или лишь промежуточным этапом адаптации.

И последнее: мы говорим о «памяти», но не предлагаем физиологического механизма. Эпигенетика? Гормональные изменения в точках роста? Без понимания механизма мы остаемся на уровне феноменологии, что ограничивает предсказательную силу модели.

Ранее ученые рассказали, какие деревья лучше очищают городской воздух.