世界最高の木が永遠に成長しない理由は何ですか？

要約

本記事では、カリフォルニアのセコイアが世界最高の木である理由と、その高さに制限がある理由について探究します。100メートル以上の高さに成長するセコイアですが、記録に残るセコイアは130メートルより高く成長することができず、これらの木が数千年生きてもその限界を超えることはないと研究者たちは考えています。本記事では、木の成長における汁液循環の重要性と、水力制限仮説が木の高さ制限を説明する方法について説明しています。

巨大なセコイア

カリフォルニアのセコイアは、世界で最も高い木として知られており、100メートル以上の高さに成長します。彼らは霧深いシエラネバダ山脈に生息し、巨大な幹がその高さを支えます。しかし、これらの巨木でも限界があるようです。記録に残るセコイアは130メートルより高く成長することができず、多くの研究者はこれらの木が数千年生きてもその限界を超えることはないと考えています。

木の成長における汁液の役割

木が成長するには、光合成で得た糖分と根系で取り込んだ栄養素を成長が起こっている場所に運ばなければなりません。木は、木の細胞が必要とするすべての物質を運ぶ2種類の汁液を体内に循環させるように設計されています。最初の汁液は、葉で光合成中に生成された糖を含む師部汁液です。師部汁液は、蜂蜜のように濃厚で、植物の師部組織を下に流れて、木全体に糖分を分配します。旅の終わりには、師部汁液は水分が多くなった液体に変わり、木の基部で溜まります。師部のすぐ隣には、木のもう1つの組織である木部があります。この組織には、木が根から吸収した栄養素やイオンがたくさん含まれています。ここ、木の基部では、1つの組織に他よりも多くのこれらの粒子があるため、師部汁液からの水分が木部に吸収されてバランスを整えます。このプロセスは、浸透運動と呼ばれ、栄養豊富な木部汁液を作り出し、それが木の幹を上に移動して栄養を木全体に広げます。

水力制限仮説

しかし、この旅路には重大な障害があります。それは重力です。この大変なタスクを達成するために、木部は3つの力、すなわち蒸散、毛細管作用、根圧に頼っています。葉は光合成の一部として、ストマタと呼ばれる孔を開閉します。これらの開口部は、葉に酸素と二酸化炭素を出し入れするだけでなく、水分が蒸発するための開口部を作り出します。この蒸発、つまり蒸散により、木部に負圧が生じ、水分が木部汁液を引き上げます。この引っ張りは、水の基本的な性質である毛細管作用によって助けられます。狭い管内では、水分子と水と周囲の物質との間の粘着力による引力が重力を上回ることができます。この毛細管運動は、人間の髪の毛よりも細い木部糸管内で完全に発揮されます。そして、これらの2つの力が汁液を引っ張る場所では、木の基部での浸透運動により、新鮮な木部汁液が幹を上に押し上げられます。これらの力が一緒になって、汁液を目眩くような高さまで押し上げ、栄養を木全体に分配し、新しい葉を光合成するために枝を育てます。

しかし、これらの洗練されたシステムにもかかわらず、すべてのセンチメートルは重力との戦いです。木がどんどん高くなるにつれて、これらの重要な流体の供給量は減少していきます。ある高さに達すると、木は光合成中に蒸発する水を失うことができなくなります。そして、新しい成長をサポートするために必要な光合成がないため、木は代わりに既存の枝に資源を向けます。これを水力制限仮説と呼