بوصول ارتفاعها إلى أكثر من 100 متر، تعلو أشجار سيكويا بكاليفورنيا عن الأنواع الأخرى الموجودة على الأرض والمقدر عددها بـ60 ألف نوع. وحيث تنمو على جبال سييرا نيفاد الضبابية، تحمل جذوعها الضخمة أطول الأشجار المعروفة في العالم. لكن حتى هذه الأشجار العملاقة لها حدود. فلم تستطع أي شجرة سيكويا تم رصدها أن تنمو لارتفاع يزيد عن 130 مترًا - ويقول عديد من الباحثين أن تلك الأشجار لا يمكنها تجاوز ذلك الحد العلوي حتى إن عاشت آلافًا من السنوات المقبلة. إذًا، ما الذي يمنع بالضبط هذه الأشجار من الاستمرار في النمو لارتفاعات أكبر للأبد؟
Reaching heights of over 100 meters, Californian sequoias tower over Earth’s other estimated 60,000 tree species. Growing in the misty Sierra Nevada mountains, their massive trunks support the tallest known trees in the world. But even these behemoths seem to have their limits. No sequoia on record has been able to grow taller than 130 meters – and many researchers say these trees won’t beat that cap even if they live for thousands of years to come. So what exactly is stopping these trees from growing taller, forever? It all comes down to sap.
يتعلق الأمر كله بالعصارة.
In order for trees to grow,
تحتاج الأشجار حتى تنمو لتوصيل السكريات الناتجة من التركيب الضوئي والمغذيات التي يجلبها نظام الجذور إلى منطقة النمو أينما كانت. وتمامًا كما ينتقل الدم في الجسم البشري، فالأشجار مصممة لانتقال نوعين من العصارة خلال أجسامها- حاملة جميع المواد التي تحتاجها خلايا الشجرة للعيش. النوع الأول هو عصارة اللحاء. لاحتوائها على السكريات الناتجة في الأوراق أثناء التركيب الضوئي، عصارة اللحاء ثخينة مثل العسل، وهي تتدفق لأسفل في نسيج النبات اللحائي لتوزيع السكر في أجزاء الشجرة. وبنهاية رحلتها، تكون عصارة اللحاء قد تخففت إلى مادة مائية، تتجمع عند قاعدة الشجرة.
they need to bring sugars obtained from photosynthesis and nutrients brought in through the root system to wherever growth is happening. And just like blood circulates in the human body, trees are designed to circulate two kinds of sap throughout their bodies – carrying all the substances a tree’s cells need to live. The first is phloem sap. Containing the sugars generated in leaves during photosynthesis, phloem sap is thick, like honey, and flows down the plant’s phloem tissue to distribute sugar throughout the tree. By the end of its journey, the phloem sap has thinned into a watery substance, pooling at the base of the tree. Right beside the phloem is the tree’s other tissue type: the xylem.
بجوار اللحاء مباشرة يوجد النسيج الآخر في الشجرة: الخشب. هذا النسيج غني بالمغذيات والأيونات مثل الكالسيوم والبوتاسيوم والحديد، التي امتصتها الشجرة عن طريق جذورها. هنا في قاعدة الشجرة، تزيد هذه الجسيمات في نسيج عن الآخر، فيتم امتصاص الماء من عصارة اللحاء إلى الخشب لتصحيح التوازن. هذه العملية، التي تسمى الحركة الأسموزية، تخلق عصارة خشب غنية بالمغذيات، تنتقل بعدها في الجذع لأعلى لنشر هذه المغذيات في أجزاء الشجرة. ولكن هذه الرحلة يقف أمامها عائق مهيب: الجاذبية الأرضية. ولإتمام هذه المهمة الجبارة، يستعين الخشب بثلاث قوى: النتح، والخاصية الشعرية، والضغط الجذري.
This tissue is packed with nutrients and ions like calcium, potassium, and iron, which the tree has absorbed through its roots. Here at the tree’s base, there are more of these particles in one tissue than the other, so the water from the phloem sap is absorbed into the xylem to correct the balance. This process, called osmotic movement, creates nutrient-rich xylem sap, which will then travel up the trunk to spread those nutrients through the tree. But this journey faces a formidable obstacle: gravity. To accomplish this herculean task, the xylem relies on three forces: transpiration, capillary action, and root pressure. As part of photosynthesis, leaves open and close pores called stomata.
كجزء من عملية التركيب الضوئي، تفتح الأوراق وتغلق مسامًا تسمى الثغور. تسمح هذه الفتحات للأكسجين وثاني أكسيد الكربون بالدخول والخروج من الورقة، ولكنها تخلق أيضًا فتحة يمكن للماء التبخر منها. هذا التبخر، الذي يسمى النتح، يخلق ضغطًا سلبيًا في الخشب، ساحبًا عصارة الخشب المائية لأعلى الشجرة. وهذا السحب معزز بخاصية أساسية للماء تسمى الخاصية الشعرية. في الأنابيب الضيقة، يمكن للجذب بين جزيئات الماء والقوى اللاصقة بين الماء وبيئته التغلب على الجاذبية الأرضية. تكون هذه الحركة الشعرية موجودة بأفضل صورة داخل خيوط الخشب التي يقل سمكها عن سمك الشعرة البشرية. وبينما تعمل هاتان القوتان على سحب العصارة، تخلق الحركة الأسموزية عند قاعدة الشجرة الضغط الجذري، دافعة بعصارة خشب جديدة لأعلى في الجذع. ومعًا تطلق هذه القوى العصارة إلى ارتفاعات مذهلة، موزعة المغذيات، لتنمية أوراق جديدة لتقوم بالتركيب الضوئي - على ارتفاع كبير من جذور الشجرة.
These openings allow oxygen and carbon dioxide in and out of the leaf, but they also create an opening through which water evaporates. This evaporation, called transpiration, creates negative pressure in the xylem, pulling watery xylem sap up the tree. This pull is aided by a fundamental property of water called capillary action. In narrow tubes, the attraction between water molecules and the adhesive forces between the water and its environment can beat out gravity. This capillary motion is in full effect in xylem filaments thinner than human hair. And where these two forces pull the sap, the osmotic movement at the tree’s base creates root pressure, pushing fresh xylem sap up the trunk. Together these forces launch sap to dizzying heights, distributing nutrients, and growing new leaves to photosynthesize – far above the tree’s roots. But despite these sophisticated systems,
ولكن على الرغم من هذه الأنظمة المعقدة، فكل سنتيمتر هو كفاح ضد الجاذبية. وبينما تنمو الأشجار أعلى وأعلى، يبدأ إمداد هذه السوائل الحيوية ينخفض. فعند ارتفاع معين، لا يمكن للأشجار أن تتحمل المزيد من المياه المفقودة بالتبخر أثناء التركيب الضوئي. وبدون التركيب الضوئي الضروري لدعم المزيد من النمو، تحول الشجرة مواردها إلى الفروع الموجودة بالفعل بدلًا من ذلك.
every centimeter is a fight against gravity. As trees grow taller and taller, the supply of these vital fluids begins to dwindle. At a certain height, trees can no longer afford the lost water that evaporates during photosynthesis. And without the photosynthesis needed to support additional growth, the tree instead turns its resources towards existing branches. This model, known as the “hydraulic limitation hypothesis,”
وهذا النموذج، الذي يُعرف باسم "فرضية القصور الهيدروليكي"، هو التفسير الأفضل لدينا حاليًا لسبب كون ارتفاع الأشجار محدودًا، حتى في ظروف النمو المثالية. وباستخدام هذا النموذج مع معدلات النمو والاحتياجات المعروفة للمغذيات والتركيب الضوئي، استطاع الباحثون اقتراح حدود ارتفاع لأنواع معينة. وحتى الآن استمرت صحة هذه الحدود - حتى أطول أشجار العالم ما زالت تقل عن الحد العلوي بحوالي خمسة عشر مترًا. ما زال الباحثون يتحرون عن التفسيرات المحتملة لهذه الحدود، وقد لا يكون هناك سبب واحد عام لتوقف نمو الأشجار. ولكن حتى نعرف المزيد، فإن ارتفاع الأشجار هو مثال آخر للطريقة التي تشكل بها الجاذبية حياتنا على الأرض، حرفيًا.
is currently our best explanation for why trees have limited heights, even in perfect growing conditions. And using this model alongside growth rates and known needs for nutrients and photosynthesis, researchers have been able to propose height limits for specific species. So far these limits have held up – even the world’s tallest tree still falls about fifteen meters below the cap. Researchers are still investigating the possible explanations for this limit, and there may not be one universal reason why trees stop growing. But until we learn more, the height of trees is yet another way that gravity, literally, shapes life on Earth.