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?
100m以上にもなる カリフォルニアのセコイアは 地球上に存在する約6万種類の どの木よりも高くなります 霧深いシエラネバダの山の中で育ち そのがっちりとした幹は 世界一高い木を支えています しかし こんなに巨大な木にも 限界があるようです 130m以上に成長したセコイアは 記録になく 多くの研究者は この高さを 超えることはないだろうと言っています たとえ何千年生きられるとしてもです では 木の成長を止めるものは いったい何なのでしょうか
It all comes down to sap.
カギになるのは 樹液です
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.
木が成長するためには 光合成によって作られた糖と 根から吸収した養分を 末端まで運ばなくてはなりません 血液が人間の体を巡るように 2種類の樹液が木全体を巡って 木の細胞が生きていくために 必要な全ての物質を運んでいます 1つは 師管液です 師管液には葉の光合成によって作られた 糖が含まれているので 蜂蜜のようにねっとりしていて 師部組織を下りながら木に糖分を運びます 最後のほうになると 師管液は水のようにさらさらになり 木の根元に溜まります
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.
師部のすぐ隣にあるのが もう1つの組織 木部です 木部は根から吸収したカルシウムや カリウム 鉄などの 栄養やイオンで満たされています 木の根元では 片方の組織にこういった粒子が 多く含まれているので 師管の水分が木部に吸収されることによって バランスが保たれています これは osmotic movement (浸透圧差による流動)というもので 栄養価の高い木部液を作り それが幹を上ることで 木全体に養分が行きわたります しかし 立ちはだかる壁があります 重力です そこで木部は このとても大変な仕事を やり遂げるために 3つの力を使います 蒸散 毛細管現象 そして根圧です
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.
葉は光合成の仕組みの一つとして 気孔と呼ばれる穴を開閉します 開いている時に 酸素と二酸化炭素を 出し入れするのですが この穴は 蒸発する水の出口にもなります この蒸発作用は 蒸散と呼ばれ 木部に陰圧を起こして 木部液を引き上げます 木部液を引き上げるのを助けているのは 水の基本的な性質である 毛細管現象です 細い管の中では 水の分子同士が引き付け合う力と 水とその周辺物の間に働く付着力によって 重力を打ちまかすことができるのです 毛管運動は 髪の毛よりも細い木部の繊維の中で 最大になります この2つの力が樹液を引き上げ 木の根元の浸透圧運動が 根圧を発生させ 新鮮な木部液を幹へと押し上げます 全ての力が合わさって 樹液を目もくらむような高さへと押し上げ 栄養を運んだり 光合成をする新しい葉を 伸ばしたりすることができます 根のはるか上にです
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.
しかし このように 精巧なシステムがあっても 1㎝ごとが重力との戦いです 木が高くなるにつれて 成長に必要な水分の供給が 減り始めます ある高さになると 光合成の最中に蒸発してしまう水分を 補うことができなくなります そして さらなる成長に不可欠な 光合成ができなくなると 木は 代わりに 今ある枝へと 必要な物質を送り始めます
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.
このモデルは 「水分通道制限説」と呼ばれ なぜ完璧な環境下でも 木はある高さ以上 伸びなくなってしまうのかという疑問に対する 現時点で一番有力な仮説です 研究者たちは このモデルと成長速度や 必要な栄養素 光合成などを考慮して 特定の種の木の高さの限界を 示すことができます 今のところ この限界まで伸びた木はなく 世界一高い木でさえも まだ15mほど届いていません 研究者たちは他に考えられる説を 追求していますが 木が成長をやめてしまう理由は 1つではないかもしれません もっと詳しくわかるまでは 重力が地球上の生命の形状に 制約を与えているもののうち 木の高さも その一つであると みなされることでしょう