مشکل برطرف شدن انتقال آب در درختان چگونه حل می شود

به گزارش مجله خبری نگار، بلندترین درختان گرمسیری هنگام رشد ساختار انتقال آب خود را بازسازی می‌کنند.

خشکسالی سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴ نشان داد ارتفاع بیشتر باعث آسیب‌پذیری بیشتر این درختان نمی‌شود.

این یافته می‌تواند بر مدل‌های پیش‌بینی تغییرات اقلیمی و ذخیره کربن جنگل‌ها تأثیر بگذارد.

این یافته یکی از فرضیات قدیمی علوم گیاهی را به چالش می‌کشد؛ فرضیه‌ای که می‌گفت درختان بسیار بلند به دلیل دشواری انتقال آب، در برابر خشکسالی آسیب‌پذیرتر هستند. از آنجا که بزرگ‌ترین درختان سهم عمده‌ای از ذخیره کربن جنگل‌ها را در خود جای داده‌اند، این فرض در برخی مدل‌های اقلیمی نیز لحاظ شده بود و نتایج جدید نشان می‌دهد ممکن است این دیدگاه نیازمند بازنگری باشد.

فرضیه‌ای قدیمی درباره بلندترین درختان گرمسیری

دهه‌ها دانشمندان علوم گیاهی معتقد بودند که بلندتر شدن درختان هزینه‌ای پنهان دارد. آب هنگام حرکت از ریشه به برگ‌ها با مقاومت بیشتری روبه‌رو می‌شود، همچنین نیروی گرانش نیز با افزایش ارتفاع فشار بیشتری بر ستون آب وارد می‌کند.

بر همین اساس تصور می‌شد هرچه درخت بلندتر باشد، برگ‌های آن باید نیروی بیشتری برای کشیدن آب به سمت تاج درخت وارد کنند. در نتیجه رشد درخت کاهش یافته، شاخه‌های بالایی نیز هنگام خشکسالی بیشترین آسیب را ببینند. با این حال، تاکنون این فرضیه در بلندترین درختان جهان به‌طور مستقیم آزمایش نشده بود.

پژوهش چگونه انجام شد؟

تیمی از پژوهشگران University of Exeter و Cardiff University به سرپرستی بوم‌شناس گیاهی Dr. Paulo Bittencourt این شکاف علمی را بررسی کردند.

تحقیقات در جنگل حفاظت‌شده Kabili-Sepilok Forest Reserve واقع در ایالت Sabah مالزی در جزیره Borneo انجام شد. پژوهشگران با همکاری کوهنوردان حرفه‌ای به مرتفع‌ترین بخش تاج درختان دسترسی پیدا کردند؛ مناطقی که ابزار‌های علمی به‌ندرت به آنها می‌رسند.

پیش از طلوع خورشید، زمانی که درختان بیشترین میزان آب را در خود داشتند، نمونه‌هایی از برگ، شاخه و تنه در ارتفاع‌های مختلف از ۳۸ درخت متعلق به پنج گونه Dipterocarp جمع‌آوری شد.

بیشترین ارتفاع اندازه‌گیری‌شده حدود ۷۰ متر (۲۳۰ فوت) بود.

برخی گونه‌های این خانواده می‌توانند بیش از ۷۹ متر (۲۶۰ فوت) رشد کنند.

در مجموع ۲۵ ویژگی مرتبط با انتقال آب در بخش‌های مختلف هر درخت بررسی شد.

Professor Lucy Rowland، از پژوهشگران این مطالعه، می‌گوید:

«نکته شگفت‌انگیز این است که این درختان هنگام بلندتر شدن، اثرات گرانش را به‌طور کامل جبران می‌کنند.»

درختان چگونه مشکل انتقال آب را حل می‌کنند؟

قطورتر شدن مجاری انتقال آب در بخش پایینی تنه

نتایج نشان داد هرچه درخت بلندتر باشد، قطر مجاری انتقال آب در بخش‌های پایینی تنه نیز افزایش پیدا می‌کند.

این مجاری که در مجموع «آوند چوبی» یا Xylem نام دارند، مسیر اصلی انتقال آب از ریشه به برگ‌ها هستند.

افزایش اندک قطر این آوند‌ها باعث می‌شود ظرفیت انتقال آب بسیار بیشتر از افزایش طول مسیر رشد کند. در نتیجه مقاومت ناشی از افزایش ارتفاع تقریباً به‌طور کامل جبران می‌شود.

برگ‌های مقاوم‌تر در تاج درخت

تنها تنه درخت تغییر نمی‌کند. برگ‌های واقع در بالاترین بخش تاج نیز توان تحمل تنش آبی بیشتری دارند و پیش از پژمرده شدن می‌توانند فشار منفی بیشتری را تحمل کنند.

این ویژگی احتمال ایجاد آمبولی یا تشکیل حباب‌های هوا در آوند‌ها را کاهش می‌دهد؛ پدیده‌ای که می‌تواند مسیر انتقال آب را مسدود کند.

Professor Lucy Rowland در این باره می‌گوید:

«این ویژگی باعث می‌شود برگ‌های بالاترین بخش درخت حتی تحت تنش آبی بیشتر نیز بتوانند فرایند‌های حیاتی مانند فتوسنتز را ادامه دهند.»

تأیید یک پیش‌بینی علمی

نتایج این تحقیق با نظریه‌ای که در سال ۲۰۲۴ مطرح شده بود همخوانی دارد. آن مطالعه پیش‌بینی کرده بود درختان برای جبران اثر ارتفاع، قطر آوند‌های انتقال آب را در بخش پایینی تنه افزایش می‌دهند.

پژوهش جدید برای نخستین بار این پیش‌بینی را مستقیماً در بلندترین درختان جهان تأیید کرد.

آزمون واقعی در دوران خشکسالی

سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴، پدیده قدرتمند El Niño موجب خشکسالی گسترده در منطقه شد و فرصت مناسبی برای بررسی عملکرد این درختان در شرایط واقعی فراهم کرد.

پژوهشگران سرعت افزایش قطر تنه درختان را پیش، حین، پس از خشکسالی اندازه‌گیری کردند.

نتیجه بسیار قابل توجه بود:

ارتفاع درخت تأثیر محسوسی بر میزان آسیب خشکسالی نداشت.

درختان بلند بیش از درختان کوتاه دچار کاهش رشد نشدند.

سامانه انتقال آب آنها توانسته بود فشار ناشی از کمبود آب را مدیریت کند.

اهمیت این یافته برای تغییرات اقلیمی

اهمیت این موضوع تنها به سلامت درختان محدود نمی‌شود.

بلندترین یک درصد درختان جنگل‌های گرمسیری، بیش از نیمی از کل کربن ذخیره‌شده در بخش هوایی جنگل را در خود نگه می‌دارند.

دیدگاه قدیمی این بود که این درختان به دلیل ضعف در انتقال آب، نخستین قربانیان خشکسالی خواهند بود و همین فرض در برخی مدل‌های پیش‌بینی تغییرات اقلیمی نیز استفاده شده بود.

Professor Lucy Rowland درباره نتایج جدید می‌گوید:

«این نتایج نشان می‌دهد احتمال از دست رفتن سریع بزرگ‌ترین ذخایر کربن جنگل‌ها بر اثر خشکسالی کمتر از آن چیزی است که تصور می‌شد؛ هرچند ادامه تغییرات اقلیمی و خشکسالی‌های شدیدتر همچنان می‌تواند مخزن کربن همه درختان جنگل‌های گرمسیری را تهدید کند.»

پژوهش‌های پیشین نیز همین مسیر را نشان داده بودند

این مطالعه ادامه پژوهشی است که در سال ۲۰۲۲ روی درختان Dipterocarp در جنگل‌های Borneo انجام شده بود.

آن تحقیق نشان داده بود ظرفیت انتقال آب با افزایش ارتفاع بیشتر می‌شود، در حالی که مقاومت در برابر ایجاد حباب‌های هوا تقریباً ثابت باقی می‌ماند. پژوهش جدید اکنون این سازوکار را در کل ساختار درخت به‌طور مستقیم اندازه‌گیری کرده است.

آیا این نتیجه درباره همه درختان جهان صادق است؟

پژوهشگران تأکید می‌کنند نتایج این تحقیق تنها درباره خانواده Dipterocarp به دست آمده است.

با این حال، یک تحلیل جهانی نشان داده است در بسیاری از گونه‌های درختی، افزایش ارتفاع با افزایش توانایی انتقال آب همراه است؛ بنابراین ممکن است این سازوکار محدود به جنگل‌های Borneo نباشد.

Palasiah Jotan، پژوهشگر دکتری و یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید:

«به‌عنوان یک پژوهشگر مالزیایی، امیدوارم این یافته که حتی بلندترین درختان نیز از نظر هیدرولیکی در برابر خشکسالی مقاوم هستند، اهمیت حفاظت از این جنگل‌ها را در شرایط تغییرات اقلیمی بیش از پیش نشان دهد.»

پژوهشگران در پایان می‌گویند اکنون مشخص شده است که ارتفاع به‌تنهایی باعث تضعیف سامانه انتقال آب این درختان نمی‌شود. آنها همزمان با رشد، شبکه انتقال آب خود را بازسازی می‌کنند و به همین دلیل حتی در شرایط خشکسالی نیز به رشد ادامه می‌دهند.

پرسش بعدی این است که آیا همین سازوکار در درختان غول‌پیکر دیگری مانند Redwoods و Eucalypts نیز وجود دارد یا خیر؛ موضوعی که تحقیقات آینده به آن پاسخ خواهد داد.

نتایج این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.

سؤالات متداول

چرا بلندترین درختان گرمسیری دچار کمبود آب نمی‌شوند؟

زیرا هنگام رشد، قطر آوند‌های انتقال آب را افزایش می‌دهند و برگ‌های بالایی نیز تحمل بیشتری نسبت به تنش آبی پیدا می‌کنند.

خشکسالی چه تأثیری بر این درختان داشت؟

در جریان خشکسالی ناشی از El Niño طی سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴، درختان بلند نسبت به درختان کوتاه آسیب بیشتری ندیدند.

چرا این کشف برای تغییرات اقلیمی مهم است؟

زیرا بلندترین درختان بخش بزرگی از کربن جنگل‌های گرمسیری را ذخیره می‌کنند و مقاومت بیشتر آنها می‌تواند بر پیش‌بینی مدل‌های اقلیمی اثر بگذارد.

جمع‌بندی

این پژوهش نشان می‌دهد بلندترین درختان گرمسیری با بازسازی سامانه انتقال آب خود، محدودیت‌های ناشی از افزایش ارتفاع را جبران می‌کنند و برخلاف تصور رایج، در برابر خشکسالی مقاومت بالایی دارند. البته پژوهشگران تأکید می‌کنند ادامه تغییرات اقلیمی و خشکسالی‌های شدیدتر همچنان تهدیدی جدی برای جنگل‌های گرمسیری محسوب می‌شود. 

منبع:فوت و فن