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?
Înălțându-se la peste 100 de metri, arborii Sequoia Californian depășesc celelalte 60.000 de specii de pe Pământ. Întâlniți în negura Munților Sierra Nevada, trunchiurile lor masive suportă greutatea celor mai înalți arbori din lume. Dar până și acești uriași par să aibă o limită. Niciun sequoia nu a înregistrat vreodată o înălțime mai mare de 130 de metri, și mulți cercetători spun că acești arbori nu pot depăși această limită, chiar dacă trăiesc mii de ani. Ce anume oprește creșterea acestor copaci pentru totdeauna?
It all comes down to sap.
Totul se rezumă la sevă.
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.
Ca să crească, au nevoie de zaharuri obținute prin fotosinteză și substanțe nutritive, aduse din rădăcini, în zona de creștere. La fel ca sângele care circulă prin corpul uman, arborii sunt concepuți să circule două tipuri de sevă în trunchiurile lor, transportând toate substanțele necesare arborelui să supraviețuiască. Prima e seva elaborată prin floem. Conținând zaharurile produse de frunze în timpul fotosintezei, seva elaborată prin floem e densă, ca mierea și curge prin țesutul floem, pentru a distribui zaharurile arborelui. Spre sfârșitul călătoriei, seva floem s-a subțiat într-o substanță apoasă, adunându-se la baza arborelui.
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.
Alături de floem se află celălalt tip de țesut al arborelui: xilemul. Acest țesut e plin de substanțe nutritive și ioni precum calciu, potasiu și fier, pe care arborele le-a absorbit prin rădăcini. Aici, la baza arborelui, sunt mai multe particule de acest tip decât în alte zone, așa că apa din seva floem e absorbită în xilem, pentru a corecta dezechilibrul. Acest proces, numit osmoză, creează o sevă xilem bogată în substanțe nutritive care va traversa tot trunchiul pentru a împrăștia nutrienții în tot arborele. Dar această călătorie are în față un obstacol remarcabil: gravitația. Pentru a îndeplini sarcina herculiană, xilemul se bazează pe trei forțe: transpirație, acțiune capilară și presiunea din rădăcini.
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.
Ca parte a fotosintezei, frunzele își deschid și închid porii, numiți stomate. Deschiderile permit schimbul oxigenului și dioxidului de carbon din frunză, și în același timp creează o deschidere pentru evaporarea apei. Această evaporare, numită și transpirație, creează presiune negativă în xilem, trăgând seva apoasă xilem spre vârf. Fenomenul e ajutat de o proprietate de bază a apei, numită acțiune capilară. În tuburi înguste, atracția dintre moleculele de apă și forța de atracție dintre apă și mediul înconjurător pot învinge gravitația. Mișcarea capilară e maximă în filamentele xilem mai subțiri decât un fir de păr uman. Acolo unde cele două forțe trag seva, mișcarea osmotică la baza arborelui creează presiune în rădăcini, împingând proaspăta sevă xilem în trunchi. Împreună, aceste forțe propulsează seva la înălțimi amețitoare, distribuind substanțele nutritive și crescând noi frunze pentru fotosinteză, la mare distanță de rădăcinile arborelui.
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.
Însă, în ciuda acestui sistem sofisticat, fiecare centimetru e o luptă împotriva gravitației. Cu cât arborii se înalță mai mult, cu atât livrarea acestor fluide vitale se diminuează. La o anumită înălțime, arborii nu-și mai permit pierderile de apă cauzate de evaporare în fotosinteză. Și fără fotosinteza necesară susținerii unei creșteri, arborele își direcționează resursele către ramurile deja existente.
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.
Acest model, cunoscut și sub denumirea de „ipoteza limitării hidraulice”, este, deocamdată, cea mai bună explicație pentru limitarea creșterii arborilor, chiar și în condiții perfecte de creștere. Folosind acest model, alături de indicii de creștere și nevoile cunoscute de nutrienți și fotosinteză, cercetătorii au reușit să stabilească limite de înălțimi pentru diferite specii. Până acum, limitele au fost corecte. Chiar și cel mai înalt copac din lume e cu circa 15 metri sub limita propusă. Cercetătorii încă investighează alte posibile explicații pentru această limită și e posibil să nu găsim motive universale pentru oprirea din creștere a arborilor. Dar, până vom descoperi mai mult, înălțimea arborilor este încă o modalitate prin care gravitația modelează, la propriu, formele vieții pe Pământ.