Деревья выкачивают из земли десятки литров за день, не пошевелив ни корнем, ни веткой — вода все делает сама. Рассказываем, какая физика заставляет воду устремляться по стволу в небо, и зачем ученые пытаются воспроизвести этот процесс в искусственных материалах, на примере недавнего изобретения физиков из Ливерморской национальной лаборатории.

Зачем париться

Понятно, для чего потеет человек: так наше тело удерживает свою температуру в нужных пределах. На испарение тратится много теплоты, поэтому для терморегуляции его используют многие животные. Даже если потовых желез на теле мало, охлаждаться можно, испаряя воду и с других открытых поверхностей: собаки для этого высовывают язык из пасти, а птицы открывают клюв и начинают чаще дышать.

Кроме управления температурой, потоотделение помогает животным выводить из организма избыток жидкости, солей и вредные вещества, а также создавать собственный запах, иногда нужный для социальных взаимодействий. Регуляция работы потовых желез — сложный гормональный процесс, а его сбой приводит, например, к гипергидрозу — избыточному потоотделению, которое свидетельствует не о высокой температуре окружающей среды, а о каких-то функциональных нарушениях.

Для растений испарение воды на листьях — куда более важный процесс, чем для животных. Оно тоже помогает им с терморегуляцией в жаркую погоду. Но помимо этого у «потоотделения» деревьев есть другая, намного более важная функция.

Носителем полезных веществ для растений служит вода (как, впрочем, и у животных). С восходящими токами по стволам берез и елей идут минеральные вещества, которые корни извлекли из почвы и отправили к стеблям, листьям и цветкам. Те взамен отправляют вниз растворы сахаров, полученных в ходе фотосинтеза.

Но у растений нет сердца. Наш «мотор» поддерживает циркуляцию крови в замкнутой системе сосудов. У растений вместо этого — множество маленьких «насосиков» и параллельных «труб», из которых образуются две проводящие ткани, ксилема и флоэма. По клеткам ксилемы вода поднимается от корней к листьям, а по клеткам флоэмы — отправляется от листьев в обратном направлении. Как артерии несут кровь, богатую кислородом, от легких к другим органам, а вены — от органов обратно к легким, так и флоэма — несет воду, богатую сахарами, от листьев к другим органам, а ксилема — воду без сахаров в обратном направлении к листьям.

Поперечный срез проводящего пучка в стебле кукурузы. Сосуды ксилемы — три самых крупных клетки в средней части пучка, проводящие клетки флоэмы — слева от них / Berkshire Community College Bioscience Image Library / flickr

Только происходит этот перенос не за счет сложных физиологических процессов, а по более простым фундаментальным физическим механизмам.