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?
כשהיא מגיעה עד לגובה של 100 מטר, הסקויה מקליפורניה מתנשאת מעל בערך 60,000 מיני עצים אחרים בכדור הארץ. היא גדלה בהרי סיירה נבאדה הערפיליים, הגזעים המסיביים שלה תומכים בעצים הכי גבוהים בעולם. אבל נראה שאפילו למפלצות האלו יש גבולות. אף סקויה מתועדת לא היתה מסוגלת לגדול לגובה של מעל 130 מטר -- והרבה חוקרים אומרים שהעצים האלה לא יעברו את הגבול הזה אפילו אם הם יחיו עוד אלפי שנים. אז מה בדיוק עוצר את העצים האלה מלגדול גבוה יותר, לעד?
It all comes down to sap.
הכל מגיע בסופו של דבר לשרף.
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.
כדי שהעצים יגדלו, הם צריכים להביא סוכר שמושג מפוטוסינטזה וחומרים מזינים שמובאים דרך מערכת השורשים להיכן שהגדילה מתרחשת. וממש כמו מחזור הדם בגוף האדם, עצים מתוכננים להעביר שני סוגים של שרף דרך הגוף שלהם, שנושאים את כל החומרים שתאי העצים צריכים כדי לחיות. הראשון הוא שרף השיפה. הוא מכיל סוכרים שנוצרו בעלים במהלך פוטוסינטזה, שרף שיפה הוא סמיך, כמו דבש, וזורם במורד רקמת השיפה של הצמח כדי להפיץ סוכר ברחבי העץ. עד סוף המסע, שרף השיפה מדולל לחומר מימי, ונאגר בבסיס העץ.
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.
ממש ליד השיפה יש את הרקמה הנוספת של העץ: עצה. הרקמה מלאה חומרים מזינים ויונים כמו סידן, אשלגן, וברזל, שהעץ ספג דרך שורשיו. פה בבסיס העץ, יש יותר מהחלקיקים האלה ברקמה אחת מהאחרת, אז המים משרף השיפה נספגים בעצה כדי לתקן את האיזון. התהליך הזה, נקרא תנועה אוסמוטית, שיוצרת שרף עצה עשיר בחומרים מזינים, שאז ינוע במעלה הגזע להפיץ את החמרים המזינים האלה ברחבי העץ. אבל המסע הזה עומד בפני מכשול גדול: כוח הכבידה. כדי להשיג את המשימה ההרקוליאנית הזו, העצה מסתמכת על שלושת הכוחות האלו: דיות, פעולה קפילרית, ולחץ שורשים.
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.
כחלק מהפוטוסינטזה, עלים פותחים וסוגרים נקבוביות שנקראות פיוניות. הפתחים האלה מאפשרים לחמצן ופחמן דו חמצני להכנס ולצאת מהעלה, אבל הם גם יוצרים פתח דרכו מים מתאדים. האידוי, שנקרא דיות, יוצר לחץ שלילי בעצה, מה שמושך שרף עצה במעלה העץ. המשיכה הזו מסתמכת על תכונה בסיסית של מים שנקראת תנועה קפילרית. בצינוריות צרות, המשיכה בין מולקולות מים והכוחות המדביקים בין המים והסביבה יכולים להביס את הכבידה. התנועה הקפילרית פועלת במלואה בסיבי העצה שדקים משערת אדם. ובמקום בו שני הכוחות האלו מושכים את השרף, התנועה האוסמוטית בבסיס העצים יוצרת לחץ בשורשים, מה שדוחף שרף עצה טרי במעלה הגזע. יחד הכוחות האלו משגרים שרף לגבהים מעוררי סחרחורת, שמפזר חומרים מזינים, ומגדל עלים חדשים כדי לבצע פוטוסינטזה -- גבוה מעל שורשי העצים.
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.
אבל למרות המערכות המורכבות האלו, כל סנטימטר הוא מאבק נגד הכבידה. כשעצים גדלים גבוה יותר ויותר, אספקת הנוזלים החיוניים האלה מתחילה להתדלדל. בגובה מסויים, עצים לא יכולים יותר להרשות לעצמם אבדן מים שמתאדים במהלך הפוטוסינטזה. ובלי פוטוסינטזה שדרושה לתמיכה בצמיחה נוספת, העץ מפנה במקום את המשאבים שלו כלפי ענפים קיימים.
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.
המודל הזה, ידוע כ"היפותזת המגבלה ההידראולית," הוא כרגע ההסבר הטוב ביותר לסיבה שלעצים יש מגבלת גובה, אפילו בתנאי צמיחה מושלמים. ובשימוש במודל הזה יחד עם קצבי גדילה וצרכים ידועים לחומרים מזינים ופוטוסינטזה, חוקרים היו מסוגלים להציע מגבלות גובה למינים מסויימים. עד עכשיו המגבלות האלו החזיקו מעמד - אפילו העץ הגבוה בעולם עדיין נמוך ב- 15 מטר מהמגבלה הזו. חוקרים עדיין בוחנים את ההסברים האפשריים למגבלה הזו, ואולי לא קיימת סיבה אוניברסלית אחת לכך שהעצים האלה מפסיקים לגדול. אבל עד שנחקור עוד, גובה העצים הוא דרך נוספת שהכבידה, מילולית, מעצבת את החיים על כדור הארץ.