Miért nem szorulnak háttérbe a tűlevelűek a lombos fákhoz képest?

Az adottság jelen esetben nem más, mint a fák törzsében és ágaiban található csőrendszer, amely a gyökerek által felszívott, tápanyagokat tartalmazó nedvességet juttatja el a levelekhez, virágokhoz, termésekhez. A fizika törvényei értelmében folyadékszállítás szempontjából a nagyobb átmérőjű csövek kedvezőbbek a vékonyaknál; ráadásul az egyes csőszakaszok csatlakozási pontjain nem lehetnek szűkületek, mert azok szintén csökkentik az átáramló folyadék mennyiségét. Ez utóbbi pedig lényeges tényező a fotoszintézis hatékonysága szempontjából.

Nos, a lombos fák (bükk, tölgy, nyír, juhar stb.) törzsében tág “csövek” vezetnek a gyökerektől a lombkoronába, míg a tűlevelűek esetében az eleve szűkebb csöveket csomópontok osztják rövidebb szakaszokra. A luc-, erdei, fekete és a mamutfenyők tehát – fizikai adottságaikat tekintve – hátrányban vannak a lombos fákkal szemben, mégis képesek voltak Földünk hatalmas területein kiszorítani riválisaikat.

A tűlevelű fák folyadékszállító rendszere egymás után sorakozó, megnyúlt sejtekből, úgynevezett tracheidákból áll. Ezek az 1 milliméter hosszú sejtek oldalsó végükkel csatlakoznak egymáshoz, a folyadék továbbhaladását csomópontok teszik lehetővé. Ezekben egy, a közepén megvastagodott membrán feszül, amely csak a peremén ereszti át a vizet. A lombos fák az előzőeknél vastagabb és hosszabb csövekkel rendelkeznek; a folyadék itt is csomópontokon jut át egyik sejtből a másikba, ám a bennük lévő membrán teljes felületén átereszti a vizet. Emiatt a folyadékszállítás mennyisége és sebessége jóval kedvezőbb (lenne) a tűlevelű fákénál.

A valóság azonban másként fest – állapították meg a Salt Lake City-i Egyetem kutatói. Vizsgálataik kimutatták, hogy a tűlevelű fák “csőrendszere” jóval kisebb ellenállást mutat a fölfelé áramló folyadékkal szemben, mint a lombos fáké. Ennek oka az előbbiekben található csomópontok rendkívül előnyös hidrodinamikai (áramlástani) tulajdonságaiban rejlik. Ennek következtében a fölfelé törekvő folyadék hatvanszor kisebb ellenállásba ütközik, mint a lombos fák csőrendszerében – írják John Sperry és társai a Science magazinban. Az utóbbi fákban a víz kénytelen a csomóponti membránok nanométer átmérőjű pórusain átvergődni (1 nanométer a milliméter egymilliomod része). Ha ezek a lyukak nagyobbak volnának, akkor a membrán nem lenne képes betölteni azt a szerepét, hogy levegő behatolásakor elzárja a “csövet”.

A tűlevelű fák csomóponti membránja viszont jóval nagyobb átmérőjű “kibúvókat” kínál a folyadéknak. Ez pedig több mint ellensúlyozza azt az adottságot, hogy e membrán csupán a peremén permeábilis (vízáteresztő). Ha pedig levegő jut be egy fenyőfa csőrendszerébe, akkor a membrán vastag középső része a csomóponti nyíláshoz szorul, így akadályozva meg, hogy a fa “embóliát” kapjon.