20 мая 2024 г.
Учёные СФУ совершенствуют методологию для изучения структуры и свойства древесины разных видов при помощи цифровых технологий. Такие технологии помогут детально измерять плотность древесины, которая показывает, например, насколько жарким или холодным было лето в северных широтах столетия назад, и помогает прогнозировать дальнейшие изменения климата.
Плотность — одно из основных свойств древесины и как строительного материала, и как живой ткани. От пространственного распределения плотности зависит прочность древесины, а ведь у основания ствола она несёт на себе вес дерева или куста целиком.
Слоистое строение древесины делает её плотность индикатором условий роста дерева в течение его жизни. Можно узнать, насколько доступными были ресурсы (органические вещества), вкладываемые деревом или кустарником в рост. Для дендрохронологов — учёных, исследующих годичные кольца древесных растений — плотность древесины является известной и важной переменной, позволяющей узнать, например, про условия второй половины лета в холодных северных таёжных лесах несколько столетий назад. Однако измерение плотности с нужной точностью — задача нетривиальная. Ведь при медленном роста дерева кольца могут в ширину составлять всего несколько клеток, а это сотые доли миллиметра. И даже тогда в кольце нужно измерить не одно среднее значение плотности, а построить график его изменения, потому что нам интересны и максимальные, и минимальные значения,— объяснила доктор биологических наук, директор ХТИ — филиала СФУ Елена Бабушкина.
Классический рентгенографический метод требует громоздкого, весьма дорогостоящего и небезопасного оборудования, которое есть не у всех научных организаций. Порой очередь на использование таких инструментов – денситометров выстраивается на годы вперёд.
Поэтому учёные заинтересованы в создании других методов, позволяющие измерить или оценить плотность древесины в микроскопическом масштабе. Одно из направлений — рассчитать плотность по измерениям размеров клеток и их стенок на фотографии поперечного среза древесины, сделанной под микроскопом. Зная плотность самого вещества, из которого состоят стенки — около 1.5 г/см3, плотность древесины как материала может быть рассчитана умножением этого числа на долю площади клеточных стенок в изображении. Чем толще стенки и меньше просветы, тем плотнее будет древесина в целом.
В последние десятилетия развитие цифровых технологий позволило использовать их возможности для автоматизации многих расчётов, в том числе анализа изображений. Недавно для древесины хвойных видов, имеющих простое клеточное строение, учёными было предложено автоматически, с помощью компьютера, получать детальные графики плотности древесины.
Анатомические исследования и получение микрофотографий древесины менее ресурсоёмкие по сравнению с рентгеновской денситометрией, а имеющиеся у многих исследователей банки уже «оцифрованных» анатомических данных позволяют практически получить два набора данных по цене одного.
Апробация этого метода и нового, самостоятельно разработанного программного обеспечения на древесине восьми видов лиственных деревьев и кустарников Западного Саяна (от черёмухи до рододендрона) была проведена сотрудниками ХТИ — филиала СФУ в рамках международного российско-китайского проекта, поддержанного Российским научным фондом (23-44-00067) и Национальным фондом естественных наук Китая (42261134537). Результаты опубликованы в международном научном журнале “Biology”.
Источгик фото: Банк фото СФУ
Личный кабинет