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.

Рис 2. Мониторинг оптической активности физраствора декстрана (1) (кювета 200 мм) и скипидара (2) (кювета 100 мм). Крестики — экспериментальные точки, линия — их среднее значение.

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.

Болванку нагревали путем пропускания тока по нихромовой спирали, намотанной на болванку, и ее температуру измеряли с точностью до 0,1^оС с помощью ртутного термометра, углубленного в болванку. Процесс плавления микрокристаллов сахара различного размера имел температурный диапазон шириной в ~2^оС. В Таблице 3 и на Рис 3 приведены значения Т_пл, отвечающие средней температуре диапазона. Скорость нагрева составляла ~1^о/мин. За состоянием образцов наблюдали с помощью микроскопа МБС-1 (40^Ч). Измерения проводили ежедневно с 16.07.08 по 06.08.08. Каждая точка на графике (Рис 3) отвечает усредненной величине 3 — 5 измерений Т_пл в указанное время и в разные дни.

Таблица 3 Температура плавления кристаллов сахара на различных подложках

*) k — коэффициент теплопроводности; **) k_Al (k_воздух).

Из данных приведенных в Таблице 3 и на Рис 3 следует, что Т_пл практически не зависит от физико-химических свойств подложки и времени суток. Исходя из этого, можно заключить, что, хирализация теплового излучения либо отсутствует, либо процесс плавления кристаллической структуры сахара не чувствителен к спиральной анизотропии потока теплового излучения (ИК-фотоны). Величина разницы в Т_пл сахара на подложках и на болванке определяется коэффициентом теплопроводности материала подложки. Свой вклад в нее вносят и тепловые потери в воздушном зазоре между подложками и болванкой.

Рис 3. Суточный ход зависимости температуры плавления (Т_пл) кристаллов сахара на поверхности алюминиевой болванки — 1 и на пластинке из сапфира, лежащей на болванке — 2.