Леонардо да Винчи, несомненно, был гением своего времени. Спустя 500 лет его картинами все еще восхищаются миллионы людей, его идеи вдохновляют современных инженеров, а его изобретения стали предметом научно-популярных и развлекательных телепередач. Но иногда даже гении не могут знать и предсказывать все.
Одно из популярных представлений мастера эпохи Возрождения Леонардо да Винчи касалось ветвления деревьев. Его так называемое "правило деревьев" было призвано помочь самому Леонардо и другим художникам того времени более точно и близко к природе изображать деревья. Для тех, кто хоть что-то знает о Леонардо да Винчи, не будет секретом, что он очень старательно искал закономерности в пропорциях различных предметов и существ. Большинство из нас наверняка видели знаменитое изображение Витрувианского человека.
На основании наблюдений Леонардо да Винчи пришел к выводу, что все ветви дерева на определенной высоте, собранные вместе, имеют такую же толщину, как ствол или ветвь, из которой они растут. Это было открытием для художников. С тех пор "правило деревьев" Леонардо да Винчи используется учеными для моделирования того, как деревья противостоят сильному ветру и не ломаются. Было решено, что эту пропорцию можно применить и к внутренней структуре деревьев, а именно к ксилеме — свернутой части сосудистой сети, которая переносит воду и жидкость от корней к листьям.
"Многие биологические модели деревьев черпали вдохновение в идеях Леонардо да Винчи для моделирования не только внешнего ветвления деревьев, но и их сосудистых систем, хотя было мало доказательств того, что этот закон работает и на микроскопическом уровне", — пишут Рубен Вальбуэна и Стюарт Соуп, авторы нового исследования. Если бы пропорция Леонардо да Винчи сохранялась и во внутренней структуре дерева, как это часто предполагается, то размер протоков уменьшался бы пропорционально уменьшению размера ветвей".
Однако Вальбуэна и Соуп отмечают, что для эффективного перемещения воды и питательных веществ от корней к листьям эта сосудистая система должна поддерживать определенное гидравлическое сопротивление. Это сопротивление, которое должна преодолеть жидкость, поднимающаяся наверх. По расчетам двух исследователей, при определенном размере и высоте ветвей "правило деревьев" Леонардо да Винчи уже не работает. Ближе к концам ветвей каналы должны быть пропорционально больше по отношению к остальной биомассе дерева, чем ниже, где ветви толще.
Различные модели взаимосвязи между общим объемом (черный цвет) и объемом, проводящим жидкости и питательные вещества (красный цвет). Модель Вальбуэна и Соупа ближе к модели, представленной на графике D.
"Если пропорции да Винчи являются хорошим руководством для художников (что и было его целью), то на микроуровне они не работают", — цитирует Phys.org слова профессора Вальбуэна.
Новые расчеты помогут лучше оценить биомассу деревьев в лесах и количество углерода, поглощаемого деревьями из атмосферы. Усовершенствованная модель внутренней структуры деревьев может также объяснить, почему крупным деревьям труднее переносить длительные периоды засухи.