Правило деревьев Леонардо да Винчи: почему гений ошибался внутри ствола

Помните знаменитое «правило деревьев» Леонардо да Винчи, которое восхищало и художников, и ученых? Так вот, похоже, гений эпохи Возрождения всё же немного ошибся. Или, точнее, его гениальное упрощение не работает там, где мы его не видим — внутри самого дерева. Новое исследование показывает, что внутренняя «сосудистая» сеть дерева устроена куда тоньше и сложнее, чем можно было бы предположить, глядя на его ветви.

Леонардо да Винчи часто называют человеком, опередившим свое время. Правда, потом выяснялось, что многие его научные труды — скорее гениальные фантазии на технические темы. Но некоторые его догадки оказались поразительно точными и живучими. Они до сих пор будоражат умы ученых, которые проверяют их современными методами. И иногда находят изъяны.

В чём же суть этого правила? Наблюдая за деревьями, Леонардо заметил удивительную закономерность: если сложить толщину всех веток, отходящих от одного узла, то их общая «мощность» будет примерно равна толщине ствола или ветви, из которой они растут. Проще говоря, дерево ветвится, сохраняя общий поток. Это эмпирическое правило позже нашли и подтвердили учёные. Его взяли на вооружение не только живописцы, чтобы рисовать реалистичные деревья, но и биологи, чтобы моделировать рост.

Правило деревьев Леонардо да Винчи: почему гений ошибался внутри ствола

Но группа исследователей из Бангорского университета (Великобритания) и Шведского университета сельскохозяйственных наук решила копнуть глубже — в буквальном смысле. Их вопрос был прост: а работает ли это элегантное правило для скрытой от глаз транспортной системы дерева — для тех микроканалов, по которым от корней к листьям поднимаются вода и питательные вещества? Оказалось, что нет. Внутренняя архитектура оказалась куда более изощренной.

Долгое время в ботаническом сообществе господствовала удобная гипотеза: раз внешние ветви подчиняются правилу да Винчи, то и внутренние сосуды должны масштабироваться аналогично. Это даже стало частью так называемой теории метаболического масштабирования. Красиво, логично... но, увы, не совсем верно.

Ученые выяснили, что для эффективной доставки влаги на десятки метров вверх дереву нужна не просто уменьшенная копия ветвления, а особая гидравлическая система. Её проводящая способность должна оставаться оптимальной на всём пути. И в какой-то момент, когда каналы становятся микроскопическими порами, простое правило Леонардо перестает работать. Внутренняя сеть оказывается гораздо более разветвлённой и тонкой, чем можно было бы ожидать, глядя на сучья и ветки.

«Правило да Винчи — отличная шпаргалка для художника, — поясняет соавтор работы Рубен Вальбуэна. — Но на микроуровне оно не выдерживает проверки». А его коллега Стюарт Сопп добавляет практический смысл их открытия: «Одна из наших задач — найти соотношение, которое поможет точнее оценивать биомассу деревьев в лесах. Это новое понимание позволит лучше рассчитать, сколько углерода захватывают глобальные лесные массивы». Выходит, уточняя ошибку гения, мы лучше понимаем планету.

Тот факт, что Леонардо ошибся в деталях внутреннего устройства, не должен удивлять — у него не было электронных микроскопов. Поразительно другое: спустя пять столетий его идеи всё ещё настолько актуальны, что их проверяют, уточняют и спорят с ними. Разве это не лучшее доказательство силы его мысли? Он задал вектор, а нам остаётся идти по нему, вооружившись новыми инструментами.