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?
A 100 méteres magasságot is elérve a kaliforniai mamutfenyők jócskán túlnőnek a Föld mintegy 60 000 fafajtáján. A párás Sierra Nevada hegységben élnek, erős törzsük a világ legmagasabb ismert fáját támasztják alá. De úgy tűnik, még ezeknek a behemótoknak is megvannak a maguk határai. A feljegyzések szerint nem élt még olyan mamutfenyő, amely meghaladta a 130 métert, és sok kutató azt mondja, hogy ezek a fák nem fogják megütni ezt a mércét, még ha további évezredekig élnek sem. Nos, akkor mi az pontosan, ami meggátolja, hogy ezek a fák a végtelenségig nőjenek?
It all comes down to sap.
A növényi nedvek az alapja mindennek.
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.
Ahhoz, hogy a fák növekedjenek, cukrot kell szállítaniuk, amelyet fotoszintézisből nyernek, és tápanyagot, amely a gyökérrendszeren át jut oda, ahol a növekedés történik. És ahogy a vér áramlik az emberi testben, a fák törzse is kétféle nedv áramoltatására alkalmas, melyek az élethez szükséges anyagokat szállítják a fák sejtjeihez. Az egyik a háncsrész vagy floém nedv. A floém nedv, mely sűrű, mint a méz, tartalmazza a cukrokat, melyeket a levelek állítanak elő a fotoszintézis során, és lefele áramlik a fa háncsszövetében cukorral látva el az egész növényt. Ennek az útnak a végén a floém nedv egy vízszerű anyaggá hígul, a fatörzs alsó részében, a tőben gyűlik össze.
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.
Közvetlenül a floém mellett van egy másik szövetfajta: a farész vagy xilém. Ez a szövet tele van tápanyaggal és ionokkal, mint kalcium, kálium és vas, amelyeket a fa a gyökerein keresztül szív fel. Itt a fa tövében ezekből az elemekből több van az egyik szövetben, mint a másikban, így a háncsrész víztartalma átszivárog a farészbe, hogy javítson az egyensúlyon. Ez a folyamat, melyet ozmotikus mozgásnak hívnak, tápanyag dús farész nedvet hoz létre, amely aztán a törzsön keresztül feláramlik és szétosztja a tápanyagot az egész fában. De ennek az útnak van egy hatalmas akadálya: a gravitáció. Három tényezőn múlik, hogy ezt a herkulesi feladatot a xilém teljesítse: kipárolgás, kapillaritás és gyökérnyomás.
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.
A fotoszintézis során a levelek nyitják és zárják pórusaikat, a gázcsere nyílásokat. A levél ezen nyílásain keresztül oxigén és szén-dioxid kerül be és ki, de a víz elpárologtatására alkalmas nyílások is jönnek létre. Ez a párologtatás, melyet vízleadásnak neveznek, negatív nyomást hoz létre a farészben, és felemeli a vizes xilém nedvet a fába. Ezt az emelést a víz egyik alapvető tulajdonsága, a hajszálcsövesség segíti. Vékony csövekben a vízmolekulák közötti vonzás és a víz és környezete közötti kölcsönhatás legyőzi a gravitációt. Ez a kapilláris mozgás érvényesül a farész rostjaiban, melyek vékonyabbak az emberi hajszálnál. És ahogy ez a két erő felviszi a nedvet, az ozmotikus mozgás a fatörzs alsó részében gyökérnyomást hoz létre, amely friss xilém nedvet tol a törzsbe. Ezek az erők együttesen szédítő magasságokba hajtják fel a nedvet, szállítják a tápanyagot és új leveleket növesztenek a fotoszintézishez – messze magasan a fák gyökereitől.
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.
Ám e kifinomult rendszer ellenére, minden centiméter küzdelem a gravitáció ellen. Ahogy a fák egyre magasabbra nőnek, ezeknek a létfontosságú nedveknek a szállítása gyengül. Egy bizonyos magasságnál a fák nem bírják el a vízveszteséget, mely a fotoszintézis során párolog el. És fotoszintézis nélkül, amely a további növekedéshez kellene, a fa inkább visszafordítja erőforrásait a már meglévő ágakba.
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.
Ez a modell "hidraulikus határ hipotézisként" ismert, és jelenleg ez a legjobb magyarázatunk, miért vannak korlátai a fák magasságának, még tökéletes növekedési feltételek között is. Ezzel a modellel, figyelembe véve a fák fejlődés mértékét és az ismert tápanyag- és fotoszintézis-szükségletet, a tudósok meg tudják adni az egyes fajok magasságkorlátait. Mind ez idáig a határok tartják magukat – még a világ legmagasabb fája is 15 méterrel marad el a felső határtól. A tudósok még mindig kutatják a korlátok lehetséges okait, és lehet, hogy nincs egy mindenre érvényes magyarázat, miért nem nőnek tovább a fák. De míg többet nem tudunk, a fák magassága egy újabb módja a gravitációnak, amely szó szerint formálja a földi életet.