Jak wysoko może urosnąć drzewo?

Najwyższe znane żyjące drzewo to sekwoja wieczniezielona (Sequoia sempervirens) o imieniu Hyperion, mająca około 116 m wysokości (jest wyższa niż 35-piętrowy budynek). Sekwoje olbrzymie są masywniejsze, ale nie tak wysokie. Dlaczego drzewa nie rosną coraz wyżej?

Częścią odpowiedzi jest siła ssąca wody z lekcji 2. Każde dodatkowe 10 m wysokości wymaga kolejnych 0,098 MPa siły ssącej tylko po to, by równoważyć grawitację, a dłuższa droga zwiększa tarcie. Dlatego:

• liście na szczycie muszą działać przy bardziej ujemnym potencjale wodnym niż liście położone niżej;
• słupy wody są bardziej naprężone, co zwiększa ryzyko kawitacji;
• liście na szczycie mają większy problem z utrzymaniem komórek w stanie turgoru, którego potrzebują, aby się rozszerzać i utrzymywać aparaty szparkowe otwarte na potrzeby fotosyntezy.

Kawitacja zachodzi, gdy powietrze zostaje zasysane do napiętej rurki z wodą (albo gdy pęcherzyk rośnie z rozpuszczonego gazu). Pęcherzyk się rozprzestrzenia (zatorowość), a rurka nie jest już w stanie transportować wody. Drzewo z wieloma równoległymi rurkami przetrwa część takich uszkodzeń, a niektóre drzewa potrafią ponownie napełniać rurki lub wytwarzać nowy ksylem, jednak im większe napięcie, tym więcej rurek przestaje działać.

Z tego powodu granica zasysania wody staje się bardziej restrykcyjna wraz z wysokością. W słynnym badaniu z 2004 roku opublikowanym w Nature George Koch i jego współpracownicy zmierzyli wierzchołki wysokich sekwoi i przewidzieli maksymalną wysokość około 122 to 130 m dla tego gatunku, nawet przy dużej ilości wody w glebie. Hyperion jest kilka metrów niższy od tego oszacowania. To samo badanie pokazało, że liście blisko wierzchołka są mniejsze i grubsze, z większą ilością tkanki na jednostkę pola powierzchni. To fizjologiczny znak liścia, który działa przy niewielkim zapasie ciśnienia wody.

Grawitacja i tarcie nie są jedynymi granicami. Wyższe drzewa muszą także utrzymywać własny ciężar i przetrwać wiatr, a ich korzenie i liście muszą za nimi nadążać. W wielu miejscach brak wody w glebie lub burza zatrzymują wzrost drzewa na długo przed osiągnięciem granicy hydraulicznej. W rzadkich wilgotnych, łagodnych i bezwietrznych miejscach, w których rosną sekwoje (na pasie wybrzeża z częstą mgłą, która dostarcza liściom dodatkowej wody), drzewa zbliżają się do obliczonej granicy.

Inne wysokie gatunki podlegają podobnym zasadom. Najwyższe drzewa kwitnące, eukaliptusy królewskie (Eucalyptus regnans) na Tasmanii, osiągają około 100 m.