Статья: Адаптация деревьев к аномальным физическим факторам

Адаптация деревьев к аномальным физическим факторам

Холманский А.С.

Аннотация

Установлено наличие специфических реакций на действие внешних физических факторов у хвойных и лиственных пород деревьев. Для первых характерен аномальный спиротропизм (закручивание структуры древесины вокруг оси дерева), а для вторых - аномальный электротропизм, конкурирующий с геотропизмом при определенных условиях. Данные различия в механизмах адаптации деревьев к внешним физическим факторам связали с отличиями электрофизических и хиральных свойств жидкой среды и морфологии лиственных и хвойных пород. Используя гипотезу о биогенности солнечного нейтрино, предложили возможный механизм его действия на деревья в качестве внешнего хирального фактора ответственного за явление спиротропизма.

Ключевые слова: деревья, электротропизм, спиротропизм, аномальные поля, нейтрино.

Abstract

Presence of specific reactions to action of external physical factors at coniferous and deciduous breeds of trees is established. For the first it is characteristic abnormal spirotropism (a twisting of structure of wood around of an axis of a tree), and for the second - abnormal electrotropism, competing with geotropism under certain conditions. The given distinctions in mechanisms of adaptation of trees to external physical factors have connected with differences electrophysical and chiralyc properties of the liquid environment and morphology of deciduous and coniferous breeds. Using a hypothesis about biogenic solar neutrino, have offered the possible mechanism of its action on trees as external chiral the factor responsible for the phenomenon spirotropism.

Keywords: trees, electrotropism, spirotropism, abnormal fields, neutrino.

хвойный дерево спиротропизм нейтрино

Введение

Адаптационные изменения структуры и формы живых организмов формально подчиняются принципу Кюри, устанавливающему общее правило изменения симметрии упорядоченных структур под воздействием факторов внешней среды (механических, электромагнитных). К структурной самоорганизации молекул в живых системах применимы принципы организации жидких кристаллов, поэтому их динамическую стереометрию вполне можно рассматривать как производную стереохимии органических соединений и симметрии внешних физических факторов. Процесс согласования элементов симметрии внутренних и внешних факторов лежит в основе механизма адаптации растений.

При изучении феногенеза растений уже выявлена специфика реакций метаболизма на действия гравитации, электрического поля, света, температуры, воды, химических веществ и других факторов, обусловливающих то или иное изменение во внутренней структуре и внешней форме растения (тропизм). Однако до сих пор до конца не ясен физико-химический механизм тропической реакции растения на известные физические факторы и совсем не известна природа фактора ответственного за скручивание древесины дерева. Данное явление в слабой форме присуще многим деревьям, кроме того, часто встречается значительное закручивание стволов деревьев разных пород с направлением закрутки, как правым, так и левым по отношению к направлению их роста [1]. Такое изменение внешней формы и внутренней структуры дерева можно назвать спиротропизмом.

В соответствие с принципом Кюри внешний фактор, обусловливающий спиротропизм деревьев, должен иметь спиральную симметрию и переменный знак, то есть быть хиральным (J-фактор [2]). В общем случае чувствительность живой системы к J-фактору будет определяться наличием в ее структуре атомно-молекулярных элементов с хиральной тетраэдрической метрикой. Роль J-фактора, в принципе, могут играть вихревое магнитное поле, циркулярно поляризованный свет и нейтрино.

Различают внутреннее и наружное закручивание деревьев. Последнее подразумевает закручивание ствола как целого при отсутствии заметного закручивания текстуры древесины. Примерами чисто наружного закручивания может служить обвивание виноградной лозой опоры или закручивание сосен в правые спирали на Куршской косе. Данные явления, также как причудливые формы сосен в скалистой местности или изломы карельских берез следует отнести к аномалиям геотропизма, обусловленным внешними факторами иной, чем J-фактор природы.

Считают [1], что причиной наружного закручивания могут быть вирусные заболевания, наследственность или особенности роста. Иногда этот признак начинает передаваться по наследству и становится характерным для всего вида. Наружное закручивание или изгибание наблюдается особенно часто у деревьев, растущих в специфических условиях - в тропиках, у верхней границы высокогорных лесов, на каменистых утесах, в равнинных пустынях, в песчаных прибрежных районах (Куршская коса) или на северных широтах (карельская береза). Для подобных местностей характерны геофизические аномалии (гравитационные или электромагнитные), переменные ветры, резкие и значительные перепады влажности и температуры, жара и засуха.

В полной мере спиротропизму отвечает внутреннее закручивание, которое проявляется на симметрии текстуры древесины. У хвойных деревьев оно обычно скрыто корой, но у некоторых лиственных (например, каштан [1]) и этот слой дерева также участвует в закручивании. Направление закручивания ствола может быть различным в разных слоях древесины и на разных высотах ствола. У некоторых культурных видов, а также у многих тропических деревьев направление закручивания меняется через довольно частые и равные интервалы. В этих случаях в последовательных слоях древесины по радиусу ствола чередуются правосторонняя и левосторонняя спирали, причем каждый слой может включать несколько годовых колец. Варьируя, например, с помощью температуры и влажности водоснабжение дерева многократно вызывали правое и левое закручивание ствола у молодых караибских сосен [1]. Воздействие других неблагоприятных факторов среды - таких, как интенсивность света, ионизирующая радиация, угнетение другими деревьями и длина дня - не вызывало закручивания. До сих пор нет объяснений ни механизма закручивания, ни того, почему растение сохраняет спиральное направление роста.

Следует отметить, что спиротропизм деревьев и ресурс функциональной асимметрии мозга человека [3] могут быть обусловлены действием биогенных квантов одной и той же космической природы (J-фактор). В работах [2 - 4] для обоснования нейтринной природы J-фактора предложен механизм биогенизации квантов нейтринной энергии сплошными кристаллическими и жидкими средами в составе геосфер и живых организмов. В основе данного механизма лежат кооперативные эффекты пространственной организации в атомных и молекулярно-клеточных подсистемах, объединяющих большое число однородных элементов. В результате этих эффектов возмущающий характер действия J-фактора усиливается до уровня энергетики метаболических реакций и приобретает роль хирального кинетического фактора.

Очевидно, что для прямой регистрации внешнего J-фактора спиротропизма нужны методы, чувствительность, которых на порядки превышает чувствительность, например, таких методов, как электро- или магнитоэнцефалография. Биогенность, хиральность и вездесущность квантов солнечного и галактического нейтрино (антинейтрино) позволяют принять его за глобальный фактор асимметрии, отвечающий в частности за генезис спиротропизма и полового диморфизма у растений и животных.

В настоящей работе изучили зависимость спиротропизма и некоторых аномалий геотропизма от породы деревьев и условий внешней среды с целью выявления физико-химических особенностей в адаптации живых систем, свидетельствующих о чувствительности метаболизма растений к J-фактору.

1. Методика и результаты

Очевидно, что механизм адаптации должен зависеть от породы дерева и условий их произрастания. Это, прежде всего, относится к хвойным и лиственным деревьям, произрастающим в северном полушарии и имеющим существенные отличия в микроструктуре древесины и свойствах ее жидкой среды. Типичными их представителями являются сосна (обыкновенная и кедровая), ель, лиственница, береза и дуб. Особенности тропизмов и закручивание этих деревьев изучили на крутых склонах (наклон ~45^о) естественного или искусственного происхождения, а также в местах с аномальной геофизикой. Оказалось, что на склонах сосны и ели строго сохраняют радиальное направление (по радиусу Земли), тогда как березы достаточно часто (~30% деревьев) вблизи от земли ориентированы почти ортогонально к поверхности склона, а затем изгибаются и растут в радиальном направлении (Рис 1 b, с).

Электрофизические свойства древесины и почвы изучали путем измерения разности потенциалов (V) между деревьями различной породы и землей с помощью портативного тестера (MAS838), используя в качестве контактных электродов железные гвозди (длиной 30, 70 и 100 мм) и полоски из нержавеющей стали (2Ч10Ч150 мм). Данная электрическая система представляет собой гальванический элемент: {Fe|почва||мембрана||древесина|Fe} с одинаковыми электродами, различными электролитами, разделенными полупроницаемой мембраной гидрофобной кутикулы корневой системы дерева. В древесину электрод углубляли на 1,5 - 2 см вплоть до твердых слоев ксилемы, а в землю - на всю длину электрода. При использовании в качестве электродов гвоздей фиксировали разность электродных потенциалов и ток (I), значения которых оставались стабильными в течение часа. На электроде, контактирующем с жидкой средой древесины возникал отрицательный потенциал, а на электроде, погруженном в землю - положительный, соответственно ток электронов был направлен от первого электрода ко второму. Величина V (береза, кактус) уменьшалась в 2-3 раза, если измерения проводили через сутки и более при неизменном положении электродов. При этом на части гвоздя находящейся в березе и, особенно в кактусе образовывался слой ржавчины. Результаты измерений V «земля-дерево» и I для деревьев различного вида и диаметра, а также для комнатного кактуса представлены в таблицах 1, 2.

При замене гвоздей на полоски из нержавеющей стали фиксировали разность потенциалов того же знака, но она снижалась от ~0,3 V почти до нуля за время порядка 15 мин. Начальный ток в такой системе был существенно меньше (0,01 мА), чем в элементе с контактами из гвоздей, и он снижался до нуля за время порядка ~3 секунд.

Таблица 1 Разность потенциалов «земля-растение» для различных видов растений

Значение V в случае березы оставалось практически неизменным при изменении высоты гвоздя в дереве и расстояния между березой гвоздем в земле в пределах 10 - 100 см (Таблица 2). Для мертвых (лишенных зелени, с сухими ветвями), но еще сохраняющих влагу деревьев величина V была, как правило, незначительно ниже, чем для живых (см. слива в Таблице 1).

Таблица 2 Зависимость разности потенциалов и тока от расстояния между березой и электродом в земле

У полностью высохших деревьев величина V равнялась нулю. У пня двухгодичной давности величина V возрастала в 1,5 - 2 раза при перемещении гвоздя от центра пня к периферийным слоям древесины, лежащим на расстоянии ~2 см от поверхности дерева, достигая значений близких к V для живого дерева (~0,3V). Потенциал гвоздя в чурке свежесрубленной березы лежащей на боку на влажной земле возрастал вдвое при переворачивании ее на попа (от 0,2 до 0,4 В).

a b c

Рис 1. Сосна обыкновенная с правовинтовой закруткой - a (Красногорск, Московская обл); сосны кедровые на склоне горы в Саянах - b; береза на склоне берега канала Москва-Волга в районе г. Долгопрудного - с.

Закрученность стволов изучали в основном по сухим деревьям, чьи стволы частично не имели коры. Спиральность или закрученность древесины (J_±) оценивали по величине скоса трещины ствола (Д в сантиметрах) на погонном метре его высоты (J_± = Д/100). При этом скос против часовой стрелки отвечал правовинтовой закрученности (J₊), а по часовой - левовинтовой (J-). Наблюдения показали, что у сосны и ели (Рис 1) в некоторых местах около ~5% деревьев имеют правовинтовую закрученность J₊ ~ 0,1 ч 0,3. У березы и дуба закрученность, как правило, отсутствует. Стальная иголка, подвешенная на тонкой нити у основания закрученного дерева (сосна, ель) оставалась в покое, ориентируясь параллельно стрелке компаса, что указывает на отсутствие в данном месте переменной составляющей земного магнитного поля.

Очевидно, что самым чувствительным к J-фактору элементом древесины будет ее жидкая среда, содержащая оптически активные метаболиты. К последним у лиственных и хвойных деревьев относятся, прежде всего, аминокислоты и сахароза. Кроме этого, у хвойных деревьев существенный вклад в спиротропизм может вносить и живица, в составе которой содержаться оптически активные скипидар и смоляные кислоты. Для выявления сезонных вариаций хиральности жидкой среды деревьев в работе провели мониторинг оптической активности физиологического 10% раствора декстрана (реополиглюкина) и скипидара в период весеннего пробуждения деревьев, вплоть до появления первой зелени (~24.04.09 в Долгопрудном). Использовали круговой поляриметр СМ-3 с кюветами 100 и 200 мм, измерения проводили при комнатной температуре (24,5 ± 0,5^оС). Ход зависимости оптической активности, характеризуемой величиной угла поворота плоскости поляризации света (б), представлен на Рис 2.

Для выяснения возможности приобретения потоком теплового излучения спиральной анизотропии (хиральности) при прохождении через оптически активную среду изучили влияние на процесс плавления кристаллов сахара-рафинада подложек из различных материалов с аморфной и кристаллической структурой (Таблица 3). Сравнили также зависимость температуры плавления (Т_пл) от время суток при нагреве микрокристаллов сахара на алюминиевой болванке (диаметр 3 см) и на лежащей на ней оптически активной пластины сапфира.