Великий лист незручний для рослин з двох причин - з ним можна швидко засохнути влітку і з ним легко замерзнути взимку.
Розмір листя у різних видів рослин може відрізнятися в тисячу разів, наприклад, у австралійської еутаксії Eutaxia microphylla або у вереска звичайного площа листа становить в середньому 1 мм2, а у абака ́, або банана текстильного - 1 м2. Очевидно, така різниця виникає через те, що різні рослини ростуть в різних умовах, і легко помітити, що найменше листя - у тих, хто живе пустелях і напівпустелях, а найбільші - у тропічних видів. Але які саме фактори найбільше впливають на розмір аркуша?
Ми знаємо, що аркуш рослини в буквальному сенсі вбирає в себе вуглекислий газ, з якого в ході фотосинтезу виходить глюкоза. Вуглекислий газ надходить в аркуш через особливі отвори на його поверхні, так звані гирла. Через ці ж отвори лист виділяє воду. Випаровування води листом називається транспірація, і завдяки транспірації підтримується той рух рідини за судинною системою рослини від коріння до верхівки. Але в спекотну погоду з листа вилітає занадто багато води, так що він може зав'янути і засохнути. Можна було б закрити гирла, але як тоді отримувати необхідний для фотосинтезу вуглекислий газ?
Ми вже якось писали про те, як рослини вирішують проблему вологості і температури, використовуючи різні типи фотосинтезу. Інший варіант рішення - анатомічний: спробувати оптимізувати розмір аркуша. Ще більше ста років тому екологи дійшли висновку, що тропічні рослини обзавелися великим листям якраз тому, що там, де вони ростуть, часто і рясно йдуть дощі, знамениті тропічні зливи. Дійсно, якщо умови дозволяють, то чому б не збільшити аркуш, наскільки це можливо?
У 60-70-ті роки минулого століття на проблему спробували поглянути інакше, взявши до уваги, що багатьом рослинам, які мешкають у спекотних і сухих географічних зонах, часто загрожує перегрів, особливо влітку. Рятуючись від перегріву, рослина посилює транспірацію (можна сказати, посилено «пітніє»), але, якщо у тебе велике листя, виникає небезпека втратити занадто багато води на охолодженні. Вихід - зменшити площу аркуша. Таке пояснення підходить для пустельних рослин; крім того, так стає зрозуміліше, чому великі листя у тих, хто росте в тіні і прохолоді - наприклад, у підліску, під сінню крон більш високих дерев.
Однак багато хто міг зауважити, що ці пояснення місцями сильно кульгають. Наприклад, тропіки у нас не тільки вологі, але і спекотні - виходить, що в деяких випадках у спеку можна виживати і з великим листям. Крім того, перегрів, особливо в літні дні, загрожує рослинам у багатьох інших регіонах, в цілому набагато більш прохолодних, ніж пустелі і напівпустелі. Тим часом листя у рослин у більш прохолодних регіонах набагато більше, ніж у пустельних видів.
Дослідники з австралійського Університету Маккуорі разом з колегами з Великобританії, Естонії, Китаю, Іспанії, США, Аргентини і Канади виявили нові закономірності, що пов'язують розмір аркуша з екологічними умовами, в яких живе рослина.
Автори роботи порівнювали між собою понад 7600 видів рослин з усіх континентів і всіх кліматичних зон. У статті в Science вони пишуть, що розмір аркуша обумовлюють кілька факторів відразу: температура денна, температура нічна, кількість дощів і кількість сонячного випромінювання, що долітає до рослин (кількість випромінювання залежить від відстані від екватора і середньої хмарності).
У підсумку виходить, що там, де сонячно, спекотно і сухо, будуть рости рослини з невеликим листям, тому що в таких областях для рослин головне - не перегрітися і не втратити багато води. Там, де сонячно, спекотно і волого, листя буде великим: тут рослини можуть витрачати скільки завгодно води на охолодження.
А ось там, де дуже холодно, листя знову виявиться маленьким. Виявилося, що в холодних краях головним обмежувачем служить не денна температура самого спекотного місяця, а нічна температура найхолоднішого - іншими словами, рослини більше бояться не перегрітися, а замерзнути.
Справа в тому, що кожен лист утримує біля поверхні шар нерухомого повітря, який служить теплоізолятором. У великих листя цей шар товщий, тому, з одного боку, їм складніше віддавати тепло, з іншого боку, охолонувши, їм важче зігрітися. І якщо ночі стають особливо холодними і довгими, то саме нічна температура стає головним фактором, що визначає найбільший розмір аркуша.
Правда, в тих же тропіках далеко не всі рослини користуються можливістю відрощувати величезне листя. Однак тут варто пам'ятати, що денні і нічні температури укупі з дощами, так би мовити, обмежують спектр можливостей. Це варто розуміти так, що у вологих тропіках рослини можуть не звертати уваги на спеку, оскільки тут їм не загрожує засохнути.
І тут вже можуть спрацювати інші, структурно-фізіологічні фактори, коли дерево або куст будуть «вирішувати», що їм вигідніше - мати багато дрібного листя, або ж нехай листя буде небагато, але воно буде більшим.
Самі автори роботи визнають, що у своєму аналізі не враховували вплив ґрунтів, адже взаємовплив клімату та ґрунту теж може впливати на розмір аркуша. Але, як би там не було, вже ті результати, які вдалося отримати, можуть бути дуже корисні як в суто науковому, так і в практичному сенсі. Наприклад, за розміром листя вимерлих рослин можна точніше визначити, який клімат панував на Землі в ту чи іншу епоху.
Якщо ж ми хочемо пересадити якийсь вид на нову для нього територію, то, зіставивши його листя з кліматом на новому місці, можна заздалегідь зрозуміти, чи добре буде цей вид себе почувати і, якщо мова йде про сільськогосподарську культуру, чи буде вона тут досить продуктивна.