در ابتدای هر روز، درختان روزنه‌های کوچکی در زیر برگ‌های خود به نام استوماتا را باز می‌کنند. این روزنه‌ها به آن‌ها اجازه می‌دهند تا دی‌اکسید کربن (CO₂) را از هوا جذب کنند، که یکی از عناصر کلیدی در فرایند فتوسنتز است.
اما هر دم و بازدمی، بهایی دارد
در حالی که درختان CO₂ را جذب می‌کنند، هم‌زمان مقدار زیادی آب از دست می‌دهند. یک درخت ممکن است روزانه صدها لیتر آب از طریق همین روزنه‌ها از دست بدهد.
برای محافظت از خود، گیاهان این روزنه‌ها را در زمان کمبود آب می‌بندند. این رفتار برای دانشمندان ناشناخته نبوده، اما آنچه تا کنون مبهم مانده بود این بود که دقیقاً چه زمانی این اتفاق می‌افتد و چه عاملی تصمیم به بستن روزنه‌ها را هدایت می‌کند.
کشفی جدید از دانشگاه بازل: اولویت فتوسنتز نیست
بازنگری در باور قدیمی
تا مدت‌ها دانشمندان معتقد بودند که فتوسنتز اولویت اصلی درختان است. چون گیاهان برای تولید غذا به نور خورشید و CO₂ نیاز دارند. اما تیم تحقیقاتی دانشگاه بازل، با بررسی داده‌های جمع‌آوری‌شده از جنگل تحقیقاتی خود در منطقه هولشتاین، به نتیجه‌ای متفاوت رسیدند.
پروفسور انسگار کاهمن، یکی از نویسندگان این پژوهش توضیح می‌دهد:
«تحقیقات سنتی تمرکز زیادی بر فتوسنتز داشته‌اند. به همین دلیل، فرض بر این بوده که درختان سعی می‌کنند روزنه‌ها را تا جایی که ممکن است باز نگه دارند تا CO₂ بیشتری جذب کنند، و فقط در صورت اجبار آن‌ها را ببندند.»
این فرضیه منطقی به نظر می‌رسد؛ چون جذب CO₂ با از دست دادن آب همراه است. بنابراین تصور می‌شد که گیاهان تا زمان بحرانی شدن شرایط، حاضرند آب از دست بدهند تا فرایند فتوسنتز ادامه یابد.
اما پژوهش‌های جدید خلاف این را نشان می‌دهند.
نقش حیاتی آب در رشد درختان در شب
شب، زمان رشد است – اما فقط با آب کافی
آب فقط برای فتوسنتز نیست؛ بلکه برای زنده ماندن و رشد درخت هم حیاتی است. در طول روز، درختان از طریق تبخیر آب از دست می‌دهند. اما در شب، بدن آن‌ها برای جبران آب از دست‌رفته تلاش می‌کند.
در شب، روزنه‌ها بسته هستند و آب از ریشه‌ها به سمت بالا جریان می‌یابد تا سلول‌ها دوباره پر شوند. این فرایند باعث ایجاد فشاری درون سلول‌ها به نام فشار تورگر می‌شود. بدون این فشار، درخت نمی‌تواند رشد کند. به همین دلیل، بیشتر رشد درختان در شب اتفاق می‌افتد.
خشکی خاک = توقف رشد
اگر خاک خشک باشد، درخت قادر به جذب آب کافی نیست. در این حالت، سلول‌هایش پر نمی‌شوند و فشار لازم برای رشد ایجاد نمی‌شود – حتی اگر قندهای لازم از فتوسنتز فراهم شده باشند.
خطر بزرگ‌تر: حباب‌های مرگ‌آور
در شرایط خشکسالی شدید، مسیرهای انتقال آب در درخت ممکن است آسیب ببینند. این تخریب می‌تواند منجر به ایجاد حباب‌های هوا (آمبولیسم) شود که جریان آب را مسدود می‌کنند.
کاهمن هشدار می‌دهد:
«زمانی که این اتفاق می‌افتد، سیستم انتقال آب به‌طور غیرقابل بازگشتی از بین می‌رود و درخت در نهایت می‌میرد.»
غافلگیری بزرگ: درختان محتاط‌تر از آنند که فکر می‌کردیم
تصمیم سخت در صبح: باز نکردن روزنه‌ها
یکی از یافته‌های شگفت‌انگیز این بود که درختان منتظر بحران نمی‌مانند. اگر شب قبل موفق به جذب آب کافی نشوند، صبح روز بعد اصلاً روزنه‌ها را باز نمی‌کنند.
کاهمن توضیح می‌دهد:
«برای نخستین بار توانستیم نشان دهیم که اگر درخت نتواند شب هنگام آب کافی جذب کند، حتی وارد فرایند فتوسنتز هم نمی‌شود.»
به عبارت دیگر، درخت تصمیم می‌گیرد تنفس نکند تا بتواند رشد کند. در ظاهر شاید عجیب به نظر برسد، اما این یک راهبرد هوشمندانه برای بقاست. چون رشد است که به درخت امکان بازسازی بافت، ترمیم آسیب و تداوم حیات می‌دهد.
استفاده کارآمد از قندها، نه صرفاً تولید بیشتر آن‌ها
کاهمن می‌گوید:
«هدف اصلی، بهینه‌سازی فتوسنتز و حفظ آن برای مدت طولانی نیست، بلکه استفاده مؤثر از محصولات فتوسنتز برای رشد است.»
بازنگری در مدل‌های اقلیمی و جذب کربن توسط جنگل‌ها
یافته‌های این تحقیق می‌توانند تأثیر قابل‌توجهی بر مدل‌سازی جذب کربن در جنگل‌ها داشته باشند. در دوره‌های خشک، درختان بسیار کمتر از انتظار دی‌اکسید کربن جذب می‌کنند، چون زودتر از حالت معمول روزنه‌ها را می‌بندند و برای مدت طولانی‌تری بسته نگه می‌دارند.
لزوم به‌روزرسانی مدل‌های اقلیمی
ریچارد ال. پیترز، نویسنده اصلی این تحقیق که هم‌اکنون در دانشگاه فنی مونیخ فعالیت می‌کند، می‌گوید:
«مدل‌های اقلیمی که رشد مشخصی از حجم ذخیره کربن را فرض می‌کنند، باید بازبینی شوند.»
درختان چگونه رشد خود را مدیریت می‌کنند؟
این یافته‌ها در شرایطی که تابستان‌ها در بسیاری از مناطق – از جمله سوئیس – گرم‌تر و خشک‌تر شده‌اند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. اگر درختان زودتر فتوسنتز را متوقف کنند، جنگل‌ها ممکن است کمتر از پیش‌بینی‌ها کربن ذخیره کنند.
پیترز تأکید می‌کند:
«آنچه قابل‌توجه است این است که این مشاهدات درباره بستن زودهنگام روزنه‌ها، در مورد همه گونه‌های درختی – چه برگ‌ریز و چه سوزنی‌برگ – صادق است. بنابراین، توانایی درختان برای مقابله با خشکسالی را نمی‌توان فقط از روی عملکرد روزنه‌ها ارزیابی کرد.»
درختان تصمیم می‌گیرند – و این تصمیمات جهان ما را شکل می‌دهد
ممکن است درختان موجوداتی منفعل به نظر برسند، اما در واقع آن‌ها هر روز تصمیمات فعالی برای بقا و رشد خود می‌گیرند.
با این پژوهش، دانش ما درباره عملکرد آن‌ها یک گام بزرگ به جلو برداشته – و این دانش می‌تواند در آینده به مدیریت بهتر منابع طبیعی و مقابله با تغییرات اقلیمی کمک کند.
این مطالعه در نشریه Nature Plants منتشر شده است.
