Ξεπερνώντας σε ύψος τα 100 μέτρα,
Reaching heights of over 100 meters,
οι σεκόγιες της Καλιφόρνιας ορθώνονται πάνω από τα περίπου άλλα 60.000 είδη δέντρων της Γης. Ευδοκιμώντας στα ομιχλώδη βουνά της Σιέρα Νεβάδα, οι τεράστιοι κορμοί τους στηρίζουν τα πιο ψηλά δέντρα στον κόσμο. Αλλά ακόμα και αυτοί οι γίγαντες φαίνεται να έχουν όρια. Καμία καταγεγραμμένη σεκόγια δεν έχει ξεπεράσει σε ύψος τα 130 μέτρα και πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι δεν θα ξεπεράσουν αυτό το όριο, ακόμα και αν ζήσουν για χιλιάδες χρόνια. Τι εμποδίζει λοιπόν αυτά τα δέντρα από το να ψηλώνουν για πάντα;
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?
Όλα οφείλονται στους χυμούς των δέντρων.
It all comes down to sap.
Για να μεγαλώσουν τα δέντρα, χρειάζονται να μεταφέρουν σάκχαρα που αποκτούν από τη φωτοσύνθεση και θρεπτικά συστατικά που απορροφούν από τις ρίζες στα σημεία που αναπτύσσονται. Έτσι όπως το αίμα κυκλοφορεί στο ανθρώπινο σώμα, στον κορμό των δέντρων ρέουν δύο ειδών χυμοί, μεταφέροντας όλες τις αναγκαίες ουσίες για την επιβίωση των κυττάρων των δέντρων. Ο πρώτος είναι ο χυμός των φλοιών. Καθώς περιέχει τα σάκχαρα που δημιουργούνται κατά τη φωτοσύνθεση, ο φλοιώδης χυμός είναι παχύρρευστος σαν μέλι, και ρέει κατά μήκος του φλοιώδους ιστού για να μεταφέρει σάκχαρα σε όλο το δέντρο. Στο τέλος του ταξιδιού αυτού ο φλοιώδης χυμός έχει αραιωθεί παίρνοντας τη μορφή νερού και συγκεντρώνεται στη βάση του δέντρου.
In order for trees to grow, 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.
Δίπλα από τον φλοιό βρίσκεται και άλλο ένα είδος ιστού: το ξύλημα. Περιέχει θρεπτικά συστατικά και ιόντα, όπως το ασβέστιο, το κάλιο και το σίδηρο, τα οποία απορροφούνται από το δέντρο μέσω των ριζών του. Στη βάση του δέντρου, υπάρχουν περισσότερα τέτοια σωματίδια στον έναν ιστό σε σχέση με τον άλλο, και έτσι το νερό από τον φλοιώδη χυμό απορροφάται από το ξύλημα και επέρχεται ισορροπία. Η διεργασία αυτή που ονομάζεται ώσμωση, δημιουργεί ξυλώδη χυμό πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά, ο οποίος στη συνέχεια ρέει στον κορμό και τα μεταφέρει σε όλο το δέντρο. Αλλά σε αυτό το ταξίδι υπάρχει ένα ανυπέρβλητο εμπόδιο: η βαρύτητα. Για να ολοκληρώσει τον ηράκλειο αυτό άθλο, το ξύλημα στηρίζεται σε τρεις δυνάμεις: τη διαπνοή, την τριχοειδή κίνηση και την πίεση στις ρίζες.
Right beside the phloem is the tree’s other tissue type: the xylem. 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.
Κατά τη φωτοσύνθεση, τα φυτά ανοίγουν και κλείνουν πόρους που ονομάζονται στόματα. Στα ανοίγματα αυτά λαμβάνουν χώρα η εισροή και η εκροή οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα στο φύλο, ενώ δημιουργούν και ένα άνοιγμα για την εξάτμιση του νερού. Η εξάτμιση αυτή, που ονομάζεται διαπνοή, δημιουργεί αρνητική πίεση στο ξύλημα και κατευθύνει τον αραιό ξυλώδη χυμό προς τα πάνω. Αυτή η ανύψωση υποστηρίζεται από μία βασική ιδιότητα του νερού, τη λεγόμενη τριχοειδή κίνηση. Μέσα σε λεπτούς σωλήνες, η έλξη ανάμεσα στα σωματίδια του νερού και οι συγκολλητικές δυνάμεις ανάμεσα στο νερό και το περιβάλλον του μπορούν να υπερνικήσουν τη βαρύτητα. Η τριχοειδής κίνηση έχει πλήρη επίδραση στις ξυλώδεις ίνες, που είναι πιο λεπτές από μια ανθρώπινη τρίχα. Και εκεί που οι δύο δυνάμεις έλκουν τον χυμό, η ωσμωτική δραστηριότητα στη βάση του δέντρου δημιουργεί πίεση στις ρίζες και σπρώχνει φρέσκο ξυλώδη χυμό προς τα πάνω στο κορμό. Οι δυνάμεις αυτές μαζί εκτοξεύουν χυμό σε ιλιγγιώδη ύψη, διανέμοντας τα θρεπτικά συστατικά και δημιουργώντας νέα φύλλα για φωτοσύνθεση - μακριά από τις ρίζες του δέντρου. Αλλά παρά τα σύνθετα αυτά συστήματα, κάθε εκατοστό είναι μια μάχη κατά της βαρύτητας. Όσο τα δέντρα ψηλώνουν, το απόθεμα αυτών των αναγκαίων χυμών αρχίζει να ελαττώνεται. Σε ένα συγκεκριμένο ύψος, τα δέντρα δεν αντέχουν άλλη απώλεια νερού στην εξάτμιση κατά τη φωτοσύνθεση. Και χωρίς τη φωτοσύνθεση, που εξασφαλίζει την επιπλέον ανάπτυξη, το δέντρο διοχετεύει τα αποθέματά του στα ήδη υπάρχοντα κλαδιά.
As part of photosynthesis, leaves open and close pores called stomata. 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, 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.
Αυτό το μοντέλο, γνωστό ως «υπόθεση υδραυλικού περιορισμού», είναι προς το παρόν η καλύτερη εξήγηση του περιορισμένου ύψους των δέντρων, ακόμα και σε ιδανικές συνθήκες ανάπτυξης. Βάσει του μοντέλου αυτού, σε συνδυασμό με τον ρυθμό ανάπτυξης και τις γνωστές ανάγκες σε θρεπτικά συστατικά και φωτοσύνθεση, οι ερευνητές μπόρεσαν να ορίσουν ένα μέγιστο ύψος για συγκεκριμένα είδη. Έως τώρα τα όρια αυτά δεν έχουν επιβεβαιωθεί - ακόμα και το ψηλότερο δέντρο απέχει δεκαπέντε μέτρα από το ανώτατο όριο. Οι επιστήμονες ακόμα ερευνούν την πιθανή εξήγηση για αυτό το όριο, και μπορεί να μην υπάρχει καν μια γενική εξήγηση γιατί τα δέντρα σταματάν να ψηλώνουν. Αλλά μέχρι να μάθουμε περισσότερα, το ύψος των δέντρων είναι ένας ακόμα τρόπος με τον οποίο η βαρύτητα κυριολεκτικά, διαμορφώνει τη ζωή στη Γη.
This model, known as the “hydraulic limitation hypothesis,” 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.