بلندترین درختان چگونه بر خشکسالی غلبه میکنند؟
در یک جنگل هر چه درخت بلندتر باشد میتواند نور بیشتری جذب کند اما به همان اندازه هم آب کمتری را به برگهای موجود در بالاترین نقطه خود میرساند. درنتیجه در برابر خشکسالی مقاومت نداشته و از این رو مدلهای اقلیمی برای جذب کربن این نکته را هم در نظر میگیرند. اما اخیرا محققان به یافتهای عکس این مسئله رسیدهاند.
به گزارش «انرژی امروز» درخت دیپتروکارپ با ارتفاع بیش از ۱۰۰ متر از سطح جنگل، بلندترین درخت گرمسیری جهان است. در قوانین فیزیک، حرکت مایع از طریق کانالهایی بسیار نازک به این معنی است که هرچه درخت بلندتر باشد، پمپاژ آب از خاک به برگهای نوک درخت دشوارتر میشود.
پیشتر دانشمندان بر این باور بودند که این مشکل، درختان بزرگی مانند دیپتروکارپها را در هنگام خشکسالی نسبت به رقبای کوچکتر خود آسیبپذیرتر میسازد. اما در مقالهای که اخیرا مجله Science منتشر کرده، محققان دانشگاه کاردیف نشان دادهاند که به لطف مهندسی تکاملی هوشمندانه، این تصور درست نیست.
تنه درخت شامل شبکهای از لولهها به نام آوند چوبی است که وظیفه آنها انتقال آب از ریشهها به برگها است. در حالی که بسیاری از حیوانات با قلب خود مایعات را در تمام بدن خود پمپ میکنند، درختان برای حفظ جریان مایعات به تبخیر متکی هستند.
هنگامی که آب موجود در برگها به هوا تبخیر میشود، در آوند چوبی مکش ایجاد میکند. این مکش، آب بیشتری را برای پر کردن فضا به بالا میکشد. این فرآیند توسط خواص خود آب تسهیل میشود.
مولکولهای آب به همدیگر میچسبند، به طوری که با بالا کشیده شدن یکی، مولکولهای دیگر نیز به دنبال آن میآیند. این مولکولها به دیوارههای آوند چوبی هم میچسبند و به خنثی کردن جاذبه رو به پایین گرانش کمک میکنند.
این سیستم لولهکشی، هر چقدر هم که هوشمندانه باشد، دو مشکل برای چوبهای بلند ایجاد میکند. اولین مشکل به دلیل گرانش است. با افزایش ارتفاع درخت، تنش به سمت بالای آوند چوبی آن نیز افزایش مییابد. اگر این تنش خیلی زیاد شود، امکان دارد پیوند بین مولکولهای آب شکسته شود و به تشکیل حبابهای هوا و مسدود کردن جریان کمک کند.
دومین مشکل، طول خود لولهها است. نوشیدن آب پرتقال با نی بلند دشوارتر از نی کوتاه است. به دلیل همین اصطکاک بین مایع و دیوارهها، هر چه فاصله بین ریشهها و برگهای درخت بیشتر باشد، جریان یافتن آب از آوند چوبی آن دشوارتر است.
از این رو متخصصان درختشناسی تصور میکردند درختان غولپیکر باید برای رساندن آب به برگهای خود باید مشکل بیشتری داشته و در برابر خشکسالی آسیبپذیر باشند. اما حالا محققان دریافتهاند که پیشتر دادههای واقعی نداشتند چون جمعآوری آن کار سختیست.
حال تیم تحقیقاتی دانشگاه کاردیف مجموعهای از درختان دیپتروکارپ را در یک جنگل بارانی در شمال شرقی بورنئو به عنوان سوژههای آزمایش انتخاب کردند. در طول سه ماه در سال 2022، محققان 38 درخت مختلف را اندازهگیری کردند. سپس سرعت رشد ۲۷ درخت از این درختان را در طول ۷۷۰ روز از ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۴ بررسی کردند.
آنها دریافتند درختان برخی از پارامترهای کلیدی را تنظیم میکردند تا بتوانند بسیار بلند باشند و همچنان برگهای خود را هیدراته نگه دارند. بافت چوبی انتقالدهنده آب هر درخت با امتداد از نوک تا پایه، پهنتر میشد که به کاهش مقاومت در بخشهایی از بافت چوبی که به زمین نزدیکتر بودند، کمک میکرد. برای بلندترین گونههای درخت، پهن شدن درختان برجستهتر از آن چیزی بود که اگر آنها صرفا نسخههای بزرگتری از خویشاوندان کوتاهتر خود بودند، انتظار میرفت. و نیز جاذبه به این معنی بود که قدرت کشش برگها با بلندتر شدن درختان کاهش مییابد. اما دیپتروکارپها نیز در این امر نقش داشتند.
برگهای بالایی دیپتروکارپ غلظت بالاتری از اسمولیتها داشتند؛ مواد شیمیایی که به سلولها کمک میکنند تا در هنگام کمبود آب شکل خود را حفظ کنند. این یعنی این برگها بیشتر از برگهای پاییندست در معرض پژمردگی نبودند. به لطف چنین مهندسی هوشمندانهای، محققان هیچ رابطهای بین ارتفاع درخت و کاهش سرعت رشد آن در طول خشکسالی شش ماههای که از دسامبر ۲۰۲۳ در این منطقه آغاز شده، پیدا نکردند.
یک درصد بلندترین درختان به دلیل اندازه عظیمشان، بیش از نیمی از کربن موجود در جنگلهای زمین را ذخیره میکنند. این فرض که این غولها بیشترین آسیب را از خشکسالیها خواهند دید، در برخی از مدلهای تغییر اقلیم لحاظ شده است. اما ساختار هوشمندانه دیپتروکارپ نشان میدهد که این مدلها اقلیمی احتمالا باید بازنگری شوند.
