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 이상 자라는, 캘리포니아 세쿼이아는 세계의 6만여 종의 나무를 내려다봅니다. 안개가 자욱한 시에라 네바다 산맥에서 서식하는, 세계에서 가장 높은 이 나무는 거대한 기둥이 지탱하고 있습니다. 하지만 이 거목에게도 한계는 있는 것 같습니다. 높이가 130m 이상인 세쿼이아는 보고된 적이 없습니다. 많은 연구자는 이 기록이 깨지지 않을 거라 말합니다. 나무가 1000년을 더 생존하는 경우에도 마찬가지입니다. 왜 이 나무들이 끊임없이 성장할 수는 없는걸까요?
It all comes down to sap.
모두 수액 때문입니다.
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.
나무가 성장하기 위해서는, 광합성으로 얻은 포도당과 뿌리에서 흡수된 영양분이 성장하는 부위로 이동해야 합니다. 혈액이 신체를 순환하듯이, 2종류의 수액이 나무를 순환하여 세포의 생존에 필요한 모든 물질을 전달합니다. 그중 하나는 체관부 수액입니다. 광합성으로 생산된 포도당이 포함된, 꿀처럼 걸쭉한 수액입니다. 이 수액은 체관부 조직을 통해 나무에 포도당을 공급합니다. 이 과정이 끝날쯤에는, 체관부 수액은 물과 비슷한 농도로 묽어져서, 나무 밑동에 고입니다.
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.
체관부와 맞닿아 있는 또 다른 나무 조직은 목질부입니다. 이 조직은 칼슘과 칼륨, 철과 같은 영양소와 이온으로 구성됩니다. 뿌리를 통해 흡수된 물질입니다. 나무의 밑동에서, 조직 간 입자의 양이 차이가 나기 때문에, 체관부 수액의 수분이 목질부로 흡수되어 균형을 맞춥니다. 삼투압 이동 과정으로 불리는 이 과정은 영양가 높은 물관부 수액을 생성합니다. 이후 위로 이동하여 나무의 영양분을 공급하는 역할을 합니다. 하지만 이 과정에 중력이라는 큰 장애물이 간섭합니다. 이 난관을 극복하기 위해서, 물관은 3가지 작용에 의존합니다. 증산 작용, 모세관 현상 그리고 근압입니다.
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.
광합성을 하는 동안, 나뭇잎은 기공을 여닫습니다. 이 구멍은 산소와 이산화탄소가 잎 안팎으로 드나들 수 있게 합니다. 하지만 이 구멍으로 수분이 증발하기도 합니다. 증산 작용이라 불리는 이 증발 현상은, 물관에 음압을 형성하여 물관부 수액을 나무 위로 끌어당깁니다. 물의 기초적인 성질인 모세관 현상이 이 이동을 돕습니다. 좁은 관 내부에서, 물 분자 간의 인력, 물의 접착력과 주위 환경으로 중력을 이겨낼 수 있습니다. 모세관 현상은 머리카락보다 얇은 물관 줄기에서 가장 효과적입니다. 이 두 가지의 힘이 수액을 당길 때, 나무 밑동의 삼투압 현상이 근압을 생성하여, 신선한 물관부 수액을 줄기 위로 밀어냅니다. 이 힘이 합쳐져서 수액을 놀라울 정도로 높게 올려서, 영양분을 배분하여, 광합성 할 새로운 잎을 기릅니다. 나무의 뿌리보다 훨씬 높은 위치죠.
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.
그러나 이런 정교한 체계에도, 매 1cm의 성장은 늘 중력과의 싸움입니다. 나무가 더 높이 자라나면서, 생명에 필수적인 액체의 공급은 감소하기 시작합니다. 특정한 높이에 도달하면, 나무는 더는 광합성으로 증발하는 수분 손실을 감당할 수 없습니다. 이후의 성장에 필수적인 광합성을 포기하고, 대신 그 영양분을 기존의 가지에 공급합니다.
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.
'수력 제한 가설'로 알려진 이 모델은 현재로서는 나무의 성장 한계의 원인을 설명하는데 가장 적합한 가설입니다. 성장에 가장 이상적인 환경에서 조차요. 성장률과 이 모델 그리고 양분과 광합성의 필요성에 관한 기존의 지식을 모두 이용해서, 연구자들은 특정 과의 나무의 성장 한계를 주장할 수 있었습니다. 지금까지는 이 주장이 옳았습니다. 세계에서 가장 높은 나무조차 최고로 성장할 수 있는 높이보다는 15m 보다 낮습니다. 연구자들은 아직도 이 한계를 설명할 수 있는 가설을 탐구 중입니다. 나무가 성장을 중지하는 요인은 다양합니다. 그러나 정확히 밝혀지기 전까지는, 나무의 높이는 중력이,