درختان چگونه از سرمای زمستان جان سالم به در می‌برند؟
۹ مهر ۱۴۰۱ توسط واحد آموزش (بروزرسانی: )
درختان مناطق شمالی کره‌ی زمین برای زمستان‌گذرانی چه سازگاری‌ها یافته‌اند؟
ما انسان‌ها در هوای سرد برای گرم نگه‌داشتن خود از کلاه و دستکش استفاده می‌کنیم. البته که درختان امکان انجام این کار را ندارند! در عوض، درختان با کسب سازگاری‌هایی می‌توانند زمستان را با سلامتی پشت‌سر بگذارند.
ابتدا باید خاطرنشان شود که در مکان‌هایی با آب‌وهوای سرد، دو گروه اصلی از درختان یافت می‌شوند. این دو گروه درختان برگ‌ریز و سوزنی‌برگ (مخروط‌دار) هستند. درختان برگ‌ریز در زمستان برگ‌های خود را از دست می‌دهند اما برگ درختان سوزنی‌برگ معمولاً خزان‌پذیر نیست. برگ‌های درختان مخروط‌دار را سوزنی‌برگ می‌خوانند و این برگ‌ها در تمام طول سال بر روی درخت باقی می‌ماند. به همین دلیل، به سوزنی‌برگان اغلب لقب همیشه سبز داده می‌شود. هر دو نوع برای زمستان‌گذرانی و جان‌سالم‌به‌دربردن از سرمای زمستان سازگارهایی پیدا کرده‌اند. برخی از سازگاری‌ها در این دو نوع از درختان مشابه و برخی دیگر متفاوت هستند.
درختان برای تحمل سرما چه سازگاری‌هایی پیدا کرده‌اند؟
پوست درخت به‌عنوان اولین خط دفاعی آن در برابر سرما عمل می‌کند. پوسته‌ی بیرونی درخت، آن را از بیماری، حشرات، طوفان، گرما و سرما محافظت می‌کند. این پوسته مملو از فضاهای خالی پر از هواست که همانند عایقی بر روی سطح درخت عمل می‌کنند. این ساختار مشابه عایق به‌کاررفته در دیوارهای خانه است.
برگ درختان نیز برای تحمل‌کردن سرما سازگاری‌هایی یافته‌اند.
برگ درختان محل انجام فرآیند فتوسنتز است. فتوسنتز فرآیندی است که در آن گیاهان با صرف انرژی نور خورشید دی‌اکسیدکربن و آب را ترکیب می‌کنند و قند می‌سازند. سپس درختان از قندهای سنتزشده به‌عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند.
تعریق فرآیند مهم دیگری است که در برگ‌ها اتفاق می‌افتد. برگ‌ها منافذی به نام روزنه یا استوماتا (جمع استوما) دارند. روزنه‌ها با سلول‌های محافظی کنترل می‌شوند که توانایی بازوبسته‌کردن روزنه‌ها را دارند. در هنگام تعریق گاز اکسیژن و بخار آب از روزنه خارج می‌شود. با خروج آب از روزنه، آب بیشتری از طریق آوندهای چوبی در ریشه جذب گیاه می‌شود. دلیل جریان‌یافتن آب در درون گیاهان و به سمت بالا (خلاف جاذبه‌ی زمین) همین اتفاق است.
در فصل زمستان به‌دلیل یخ‌زدگی آب سطح زمین، ریشه‌ی درختان به آب در حالت مایع دسترسی ندارد. بنابراین، برای جلوگیری از هدررفت آب از طریق تعریق، درختان برگ‌ریز در پاییز دچار خزان می‌شوند. اصطلاح علمی و تخصصی ازدست‌دادن برگ خزان نامیده می‌شود.
درختان سوزنی‌برگ چطور؟ مخروط‌داران دچار خزان نمی‌شوند و برگ‌های سوزن‌مانند خود را در زمستان حفظ می‌کنند. پس چگونه از شرایط سرد و خشک زمستان جان سالم به‌در می‌برند؟
برگ‌های مخروط‌داران سازگاری‌های مختلفی برای تحمل آب‌وهوای سرد پیدا کرده‌اند.
- برگ‌های سوزنی آن‌ها بلند و نازک هستند و سطح کمی دارند. مساحت کمتر برگ به‌معنی روزنه‌های کمتر و نهایتاً از دست‌دادن آب کمتر است. برگ‌های باریک از انباشت برف و شکستن شاخه‌ها در زمستان جلوگیری می‌کنند.
- روزنه‌ی برگ این نوع درختان در سطح برگ‌های سوزنی‌شکل آن‌ها نیست، بلکه در عمق برگ جای گرفته است. روزنه، محفظه‌ای پر از هوای راکد دقیقاً در درون برگ ایجاد می‌کند. هوای راکد در مقایسه با هوای در جریان، باعث تعریق کمتر می‌شود.
- برگ‌های سوزنی کوتیکول ضخیم و موم‌اندودی دارند. کوتیکول خارجی‌ترین قسمت برگ است. موم از هدر‌رفتن آب جلوگیری می‌کند. همانطور که کاغذ مومی دور غذا از خشک‌شدن غذای داخل خود جلوگیری می‌کند، موم نیز با همین مکانیسم از هدرفت آب درختان جلوگیری می‌کند.
درختان چگونه برای فصل زمستان آماده می‌شوند؟
با شروع فصل پاییز، درختان خود را برای دوره‌ی نهفتگی یا خواب عمیق آماده می‌کنند. درختان در تمام طول فصل زمستان در خواب عمیق خواهند بود. در طول این دوره‌ی نهفتگی، متابولیسم کند و فرآیندهای درونی درخت با سرعت کمتری انجام می‌شود. درخت انرژی زیادی مصرف نمی‌کند و رشد آن نیز متوقف می‌شود. با در پیش‌گرفتن این اقدامات درختان انرژی موردنیاز خود برای زنده‌ماندن در سرمای زمستان را ذخیره خواهند کرد.
واکنش درختان به آب درون بافت‌ها تغییر می‌کند:
بافت‌های زیرین پوست درخت، آب، قند و سایر موادمغذی را به قسمت‌های بالایی و پایینی درخت می‌رسانند. این سیستم چیزی شبیه به لوله‌کشی و شامل دو بافت عمده‌ی مسئول نقل‌وانتقالات است. این بافت‌های مخصوص حمل‌ونقل مانند خطوط لوله عمل می‌کنند و آوند آبکش و آوند چوبی نام دارند. آوند چوبی آب و موادمغذی را از ریشه به سمت برگ‌ها و از پائین به بالا حرکت می‌دهد. از طرف دیگر آوندهای آبکش، قندهای سنتزشده در برگ‌ها را از این نواحی به قسمت‌های پائین‌تر گیاه می‌فرستند. این مایعات که به سمت بالا و پایین درخت حرکت می‌کنند، شیره‌ی درخت نام دارند.
مقدار زیادی آب از طریق آوند چوبی و آبکش به سمت بالا و پایین درخت حرکت می‌کند و اگر آب موجود در این مسیرها یخ بزند، توانایی از بین‌بردن سلول‌های درخت را خواهد داشت. دلیل این امر این است که کریستال‌های یخ تیز هستند و توانایی پاره‌کردن دیواره‌های سلولی سلول‌های گیاهان را دارند. بنابراین، دقیقاً مشابه سیستم لوله‌کشی منازل برای جلوگیری از یخ‌زدگی آب در آن‌ها، باید در طول فصول سرد آبی در آن‌ها جریان نداشته باشد.
یکی از راه‌حل‌هایی که درختان برای جلوگیری از آسیب ناشی از یخ‌زدگی به‌کار می‌بندند، کنترل مکان‌هایی است که یخ‌زدگی در آن‌ها رخ می‌دهد. یخ معمولاً در اطراف چیزی شکل می‌گیرد و در فضای باز، معمولاً این اتفاق در اطراف ذرات گردوغبار رخ می‌دهد. در گیاهان، یخ در اطراف مولکول خاصی به نام هسته‌ی یخ تشکیل می‌شود. درختان پروتئین‌هایی را تولید می‌کنند که به‌عنوان هسته‌ی یخ وارد عمل می‌شوند و مابین سلول‌های گیاه قرار می‌گیرند.
با شروع تشکیل یخ، آب در حالت مایع از سلول‌های گیاه بیرون کشیده می‌شود. با بیرون‌کشیده‌شدن بیشتر و بیشتر آب از سلول‌های گیاه، شیره‌ی باقی‌مانده در داخل سلول‌ها حاوی قند بیشتری خواهد بود. شیره بسیار غلیظ و به شکل شربت خواهد شد. در این لحظه نقطه‌ی انجماد شیره‌ی گیاه کمتر از دمای محیط خواهد بود و بدین‌منوال به‌سختی یخ خواهد زد.
درختان علاو‌ه‌بر هسته‌ی یخ، پروتئین‌های ضدیخ نیز تولید می‌کنند. این پروتئین‌ها از تشکیل کریستال‌های یخ در دماهای پایین جلوگیری می‌کنند. بنابراین با این روش، با جلوگیری از یخ‌زدگی آب درون گیاه و مراقبت از برگ‌های آن، درخت آمادگی لازم برای خوابی عمیق و طولانی در فصل زمستان را کسب خواهد کرد. با شروع فصل بهار و افزایش دما، عکس همه‌ی فرآیندهای مذکور شروع به رخ‌دادن می‌کنند. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که برگ‌های درختان شروع به جوانه‌زدن می‌کنند و همه چیز دوباره از نو شروع به رشدونمو می‌کند!
دیدگاه‌ها
افزودن یک دیدگاه