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?
Atingindo alturas de mais de 100 metros, as sequoias da Califórnia ultrapassam em altura as outras 60 000 espécies de árvores que se calcula existirem na Terra. Crescem nas montanhas nubladas da Sierra Nevada. Os seus troncos maciços sustentam as árvores mais altas do mundo. Mas mesmo estes colossos parecem ter os seus limites. Não há registo de nenhuma sequoia ter atingido mais do que 130 metros e muitos investigadores dizem que estas árvores não ultrapassarão esta altura mesmo que vivam milhares de anos. Então, o que é que impede que estas árvores cresçam mais?
It all comes down to sap.
Tudo se reduz à seiva.
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.
Estas árvores, para crescerem, precisam de transportar os açúcares, obtidos através da fotossíntese, e os nutrientes que absorvem pela raiz para os locais onde se dá o crescimento. Tal como o sangue circula no corpo humano, as árvores têm dois tipos de seiva a circular pelo seu corpo, transportando todas as substâncias de que a árvore precisa para viver. A primeira é o floema, ou seiva elaborada. Contendo os açúcares gerados nas folhas durante a fotossíntese, o floema é espesso, como o mel e flui até ao tecido floema da planta distribuindo o açúcar por toda a árvore. No final do dia, o floema está reduzido a uma delgada substância aquosa, que se acumula na base da árvore.
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.
Logo ao lado do floema há outro tipo de tecido: o xilema, ou seiva bruta. Esta seiva está cheia de nutrientes e iões como o cálcio, o potássio e o ferro, que a árvore absorveu através das raízes. Aqui, na base da árvore, há mais destas partículas num tecido do que noutro, por isso a água do floema é absorvida pelo xilema para corrigir o equilíbrio. Este processo, chamado movimento osmótico, cria seiva bruta rica em nutrientes que percorre o tronco da árvore para espalhar esses nutrientes. Mas este percurso enfrenta um obstáculo enorme: a gravidade. Para cumprir esta tarefa hercúlea, o xilema serve-se de três forças: a transpiração, a ação capilar, e a pressão das raízes.
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.
Durante a fotossíntese, as folhas abrem e fecham poros chamados estomas. Estas aberturas permitem a entrada e a saída na folha do oxigénio e do CO2, mas também permitem que a água se evapore através dessas aberturas. Essa evaporação, chamada transpiração, cria uma pressão negativa no xilema, puxando a seiva bruta aquosa pela árvore acima. Este impulso é ajudado por uma propriedade fundamental da água, chamada ação capilar. Em tubos estreitos, a atração entre as moléculas da água e as forças adesivas entre a água e o seu ambiente vencem a gravidade. Este movimento capilar funciona ao máximo nos filamentos do xilema mais finos do que um cabelo humano. Enquanto estas duas forças puxam a seiva, o movimento osmótico na base das árvores cria pressão na raiz, empurrando a nova seiva bruta pelo tronco acima. Em conjunto, estas forças enviam a seiva a alturas incríveis, distribuindo nutrientes e alimentando novas folhas para a fotossíntese muito distantes das raízes da árvore.
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.
Mas, apesar destes sistemas sofisticados, cada centímetro é uma luta contra a gravidade. À medida que as árvores ficam cada vez mais altas, o fornecimento destes fluidos vitais começa a diminuir. A uma determinada altura, as árvores já não conseguem substituir a água perdida pela evaporação durante a fotossíntese. Sem a fotossíntese para sustentar um crescimento adicional, a árvore dedica todos os seus recursos aos ramos já existentes.
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.
Este modelo, conhecido por "hipótese de limitação hidráulica", é atualmente a nossa melhor explicação para as árvores terem uma altura limitada mesmo em perfeitas condições de crescimento. Usando este modelo juntamente com os ritmos de crescimento e as necessidades conhecidas de nutrientes e da fotossíntese, os investigadores propuseram limites de altura para espécies específicas. Até aqui, esses limites têm-se mantido. Até as árvores mais altas do mundo se encontram uns 15 m abaixo do limite. Os investigadores continuam a investigar possíveis explicações para este limite e talvez não haja uma razão universal para que as árvores deixem de crescer. Mas, até sabermos mais, a altura das árvores é mais uma forma de a gravidade modelar a vida na Terra.