وجدنا للتو سمة سرية قد تساعد أشجار الخشب الأحمر على النجاة من تغير المناخ
 |
| أشجار الخشب الأحمر |
تعد أشجار الساحل الأحمر من الأشجار المدهشة التي درسها العلماء لأجيال. نعلم أنها أطول الأشجار الحية وقد نجت منذ آلاف السنين وتقاوم الحرائق والآفات .
نظرًا لأن الأخشاب الحمراء طويلة العمر وكبيرة ومقاومة للتحلل ، فإن الغابات التي تهيمن عليها تخزن المزيد من الكتلة فوق سطح الأرض ، وبالتالي من المفترض أن تكون الكربون أكثر من أي نظام بيئي آخر على الأرض.
ومع ذلك ، أثناء العمل في دراسة نُشرت مؤخرًا ، علمت أنا وزملائي في جامعة كاليفورنيا وديفيز وكال بولي هومبولت سرًا كان يجلس تحت أنوفنا تمامًا.
اتضح أن الخشب الأحمر له نوعان من الأوراق يبدوان مختلفين ويؤديان مهامًا مختلفة جدًا. تساعد هذه الميزة التي لم تكن معروفة من قبل الأشجار على التكيف مع كل من الظروف الرطبة والجافة - وهي قدرة يمكن أن تكون أساسية لبقائها في مناخ متغير.
فقط ما يكفي من الماء
أينما تنمو الأشجار ، تتبلل أوراقها عاجلاً أم آجلاً. بالنسبة للأشجار في البيئات الرطبة ، يمكن أن تكون هذه مشكلة إذا كانت طبقات الماء تغطي ثغورها . تسمح هذه المسام الصغيرة بدخول ثاني أكسيد الكربون إلى الأوراق حتى تتمكن الشجرة من دمجها مع الماء لصنع الأنسجة النباتية من خلال عملية التمثيل الضوئي .
العديد من الأشجار الشائعة في الغابات الرطبة لها أوراق مع تعديلات تمنع هذه الأغشية المائية من التكون .
على النقيض من ذلك ، فإن الأشجار التي تنمو في بيئات جافة تستفيد من نوبات قصيرة من رطوبة الأوراق للحصول على مياه ثمينة مباشرة عبر أسطح أوراقها ، من خلال هياكل أوراق خاصة ، وحتى من خلال ثغورها .
لكن بعض الأشجار ، بما في ذلك الأخشاب الحمراء الساحلية ، تعيش في بيئات رطبة وجافة مع تباين موسمي شديد.
بالنسبة للأشجار عريضة الأوراق مثل بلوط هولم ، الذي ينمو في مناخات البحر الأبيض المتوسط مع صيف جاف وشتاء ممطر ، من السهل نسبيًا التغلب على تحدي الرطوبة الموسمية هذا. توجد ثغورهم على الجوانب السفلية المحمية من أوراقهم ، مما يبقيهم خاليين من الماء ، بينما تمتص الأسطح العلوية للأوراق الماء.
لكن الأخشاب الحمراء هي أشجار صنوبرية ، أو أشجار مخروطية ، بأوراق رقيقة ومسطحة تشبه الإبر ، وتحتاج إلى طريقة مختلفة لتحقيق التوازن بين الأهداف المتنافسة المتمثلة في صد الماء وامتصاصه.
كنا نعلم أننا أردنا استكشاف كيفية مواجهة الأخشاب الحمراء للتحدي المتناقض المتمثل في رطوبة الأوراق ، وكمية المياه التي يمكن أن تمتصها الأخشاب الحمراء ، وما هي سمات الأوراق التي تسبب اختلافات في قدرة امتصاص الماء.
ما تعلمناه كان مفاجأة تامة.
أشجار كبيرة مع أسرار كبيرة
لطالما عرف العلماء قدرة الأخشاب الحمراء على امتصاص الماء من خلال أوراقها . لكن معرفة مقدار المياه التي يمكن أن تمتصها الأخشاب الحمراء بهذه الطريقة ، وكيف قد تختلف القدرة على القيام بذلك من نوع مناخ إلى آخر ، يمثل تحديًا حقيقيًا في هذا النوع.
أولاً ، يحتوي الخشب الأحمر الكبير على أكثر من 100 مليون ورقة مع مساحة كبيرة من السطح لامتصاص الماء. وهذه الأوراق تغير هيكلها بشكل كبير مع الارتفاع ، وتتحول من طويلة ومسطحة إلى قصيرة وقصيرة. لذلك لم نتمكن من الحصول على هذا بالشكل الصحيح بمجرد قطف الأوراق على مستوى الأرض.
ولتعقيد الأمور أكثر ، تدفع الجاذبية دائمًا عمود الماء العملاق الذي يرتفع لأعلى عبر جذع الخشب الأحمر. نتيجة لذلك ، الأوراق الموجودة في الجزء العلوي من الشجرة تحتوي دائمًا على كمية أقل من المياه المتاحة من تلك الموجودة في الأسفل.
يجب أن يسحب الجفاف المتأصل لقمة الشجرة الماء إلى الورقة بسرعة أكبر من الأوراق الغنية بالمياه في القاع ، تمامًا كما تلتقط الإسفنج الجاف الماء أسرع من الإسفنج الرطب.
للحصول على صورة دقيقة لكيفية امتصاص الأخشاب الحمراء للماء ، كنا بحاجة إلى أوراق الأشجار في البيئات الرطبة والجافة ، ومن ارتفاعات متعددة على تلك الأشجار.
لنقلهم إلى مستويات المياه القائمة على الجاذبية الطبيعية لتحليلها ، وضعنا عينات أوراقنا في غرفة الضباب - في هذه الحالة ، صندوق جليدي متصل بجهاز ترطيب الغرفة - وقمنا بقياس زيادة الوزن بمرور الوقت لمعرفة كمية المياه التي يحتاجون إليها يمكن أن تمتص.
درب من القرائن
عندما قمنا بتفكيك مجموعات من براعم الخشب الأحمر لغمرها في الضباب ، قمنا بتقسيم كل مجموعة إلى قطع. تنتشر مجموعات تبادل الأشجار من الخشب الأحمر من نواة خشبية ويتم تقسيمها إلى براعم فردية من أعمار متعددة ، ولكل منها مجموعة أوراقها الخاصة. قمنا بفصل البراعم على طول المحور المركزي الخشبي عن البراعم اللينة الأكثر شيوعًا على الحواف الخارجية لكل مجموعة.
سرعان ما أصبح واضحًا أن البراعم من المحور المركزي لها أوراق يمكنها امتصاص الماء أسرع بثلاث مرات من الأوراق المحيطية. عندما نظرنا داخل الأوراق بالمجهر ، أدركنا أنهما نوعان مختلفان تمامًا.
إنهم لا يبدون متشابهين من الخارج أيضًا ، لكن هذا كان غير متوقع لدرجة أننا احتجنا إلى رؤية هيكلهم الداخلي لإقناع أنفسنا حقًا.
 |
| ورقتان مختلفتان من خشب أحمر |
أعلاه: ورقتان مختلفتان من خشب أحمر. الورقة المحيطية (يسار) تركز على التمثيل الضوئي بينما الورقة المحورية (يمين) مخصصة لامتصاص الماء.
كانت الأوراق المحورية مليئة بخلايا تخزين المياه ، لكن اللحاء - الأنابيب الموجودة في الأوراق التي تصدر السكريات الضوئية إلى الشجرة - تبدو مسدودة وغير مجدية. إذا كانت الشجرة تحتوي على أوراق ، فإن الحكمة التقليدية هي أنها موجودة هناك من أجل التمثيل الضوئي ، لكننا تساءلنا عما إذا كانت الأوراق المحورية لها غرض مختلف.
مع بعض القياسات الإضافية ، وجدنا أن الأوراق المحورية للخشب الأحمر متخصصة في امتصاص الماء. الاختلافات بين أسطح الأوراق المحورية والطرفية ، وخاصة تغطيتها بالشمع ، تسبب اختلافات في معدلات امتصاص الماء.
على عكس الأوراق المحورية ، فإن الأوراق الطرفية للخشب الأحمر لها أسطح شمعية بها الكثير من الثغور. وقد ساعد ذلك في شرح كيفية قيامهم بعملية التمثيل الضوئي على مدار العام بغض النظر عن موسم الأمطار الطويل في الكثير من موطنهم الحالي.
أظهر مزيد من التحليل أن الأوراق المحورية للأخشاب الحمراء تمثل حوالي 5 في المائة فقط من إجمالي مساحة أوراق الأشجار ، وبالكاد تنتج طاقة كافية من خلال عملية التمثيل الضوئي للحفاظ على نفسها. لكنها تساهم بنسبة تصل إلى 30 في المائة من إجمالي قدرة الأشجار على امتصاص الماء.
يوازن هذان النوعان من الأوراق معًا المتطلبات المبارزة لعملية التمثيل الضوئي وامتصاص الماء ، مما يسمح للأخشاب الحمراء بالنمو في كل من الموائل الرطبة والجافة.
باستخدام قياسات ومعادلات الأشجار على نطاق واسع لتقدير مساحة أوراق الخشب الأحمر ، قدرنا أن هذه العمالقة العطشى يمكن أن تمتص ما يصل إلى 105 أرطال (48 كيلوجرامًا) من الماء في الساعة الأولى من هطول الأمطار الذي يبلل أوراقهم. هذا يعادل 101 مكاييل من البيرة.
أهمية الخشب الأحمر
يمكن أن يساعدنا فهم أسباب التباين في قدرة امتصاص أوراق الخشب الأحمر على قياس الاختلافات في قدرات امتصاص الماء بين الأشجار والبيئات ، حاليًا وفي المستقبل. في رأيي ، هذا هو الجزء الأكثر فائدة في دراستنا.
تختلف Redwoods بين نوعي الأوراق لتناسب مناخاتها المحلية. في الغابات المطيرة الرطبة في الجزء الشمالي من نطاقها ، فوق مقاطعة ميندوسينو ، تستثمر الأشجار في عدد أقل من الأوراق المحورية المتخصصة في امتصاص الماء.
تتركز هذه الأوراق في التيجان السفلية للأشجار ، مما يترك رؤوس الأشجار عالية الأداء الضوئي خالية لزيادة إنتاج السكر في الشمس الساطعة.
في الغابات الجافة على الحواف الجنوبية لنطاق الأخشاب الحمراء ، تحتوي الأشجار على أوراق محورية أكثر في قممها المجهدة بالمياه.
يتيح ذلك لهم الاستفادة بشكل أفضل من أحداث ترطيب الأوراق الأقصر ، ولكنه يعني أن التمثيل الضوئي أقل لكل مساحة ورقة من الأخشاب الحمراء في المناطق الأكثر رطوبة.
قد تساعد قدرة Redwoods على تغيير أنواع الأوراق لتلائم الاختلافات المناخية الإقليمية على التكيف مع تغير المناخ في ولاية كاليفورنيا الأكثر جفافاً .
ستكون هذه أخبارًا جيدة للحفاظ على هذه الأشجار الملحمية ، وقد تكون ميزة واعدة للتحقيق فيها حيث يحاول العلماء ربط سمات تحمل الجفاف بالاختلافات الإقليمية بين مجموعات الخشب الأحمر.