Биологи опровергли «правило деревьев» Леонардо да Винчи

Исследователи из Швеции и Великобритания узнали, что «правило деревьев» да Винчи, который считал, что толщина всех веток дерева на любой его высоте, сложенная вместе, равна толщине ствола, ошибочно на микроуровне.

В издании записных книжек Леонардо да Винчи, выпущенных немецким писателем Жан-Полем Рихтером, можно найти такое утверждение: «Толщина всех веток дерева на любой его высоте, сложенная вместе, дает толщину ствола». Однако этим правилом пользовались не только художники: его в значительной степени приняли на вооружение и ученые при создании моделей деревьев и описании того, как они функционируют.

Считается, что «правило деревьев» можно применить и к сосудистым каналам, которые транспортируют по растению воду: размеры этих каналов при этом уменьшаются в том же соотношении, которое вывел да Винчи. Поэтому правило приняли как часть теории метаболического масштабирования.

Исследователи из Бангорского университета (Великобритания) и Шведского университета сельскохозяйственных наук обнаружили, что правило да Винчи противоречит внутренней структуре дерева. Свои выводы ученые представили в журнале PNAS.

Модели суммарных объемов ветвящейся сети, иллюстрирующие, как изменяется общий объем сети (внешняя форма, отмеченная черным цветом) и общий проводящий объем (внутренняя форма, выделенная красным цветом) с различными коэффициентами / © phys.org

Чтобы вода и питательные вещества эффективно перемещались по дереву, от корней до кончиков листьев, сосудистая система растения должна поддерживать гидравлическое сопротивление. Ученые подсчитали, что для такого сопротивления наступает момент, когда правило деревьев больше не работает.

Эффективная транспортировка жидкости от корней до кончиков листьев возможна только тогда, когда сосудистые каналы дерева имеют определенный размер для поддержания гидравлического сопротивления. Поэтому объем растения должен уменьшаться по мере приближения к своим концам, а это, в свою очередь, приводит к более высокому соотношению капилляров к окружающей растительной массе.

Таким образом, правило да Винчи отлично работает для художников, но не выдерживает критики на микроуровне. По мнению ученых, их исследование уточняет теорию метаболического масштабирования и улучшает понимание того, как функционирует растительная система. Кроме того, такие расчеты помогут вычислить глобальное улавливание углерода деревьями.

Работа имеет и заметное практическое значение, отметили ее авторы. Из моделирования следует, что крупные деревья будут более уязвимы к неблагоприятным условиям окружающей среды — следовательно, в более сложных условиях о них надо больше заботиться.