งานวิจัยใหม่ชี้ ต้นไม้เขตร้อนขนาดยักษ์สามารถลำเลียงน้ำขึ้นไปถึงกิ่งยอดได้ดี
(news.exeter.ac.uk)- งานวิจัยที่นำโดย University of Exeter และ Cardiff University และตีพิมพ์ใน Science ระบุว่า ต้นไม้เขตร้อน Dipterocarp ขนาดใหญ่ระดับโลกสามารถปรับโครงสร้างการลำเลียงภายในเพื่อขนน้ำไปถึงกิ่งยอดได้
- ทฤษฎีก่อนหน้านี้มองว่าเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น ภาระในการลำเลียงน้ำจะมากขึ้น ทำให้มี ขีดจำกัดการเติบโต และเปราะบางต่อภัยแล้งมากขึ้น แต่การศึกษานี้พบว่าภาระดังกล่าวถูก “ชดเชยอย่างสมบูรณ์”
- จากการสำรวจต้น Dipterocarp สูง 7~71m ใน Malaysian Borneo พบว่า ยิ่งต้นไม้ใหญ่ขึ้น ลักษณะของท่อลำเลียงน้ำและใบก็ยิ่งเปลี่ยนไปให้สอดรับกับความสูง
- ทีมวิจัยยังวัดอัตราการเติบโตของลำต้นก่อน ระหว่าง และหลังช่วง ภัยแล้ง El Niño รุนแรงในปี 2023~2024 และไม่พบหลักฐานว่าต้นไม้สูงจะเปราะบางกว่าต้น Dipterocarp ขนาดเล็ก
- เนื่องจากต้นไม้ขนาดใหญ่ที่สุด 1% เก็บกักคาร์บอนเหนือพื้นดินของป่าไว้มากกว่าครึ่งหนึ่ง แบบจำลองผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ บางส่วนที่ตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าต้นไม้สูงมีระบบไฮดรอลิกอ่อนแอ อาจต้องทบทวนใหม่
ข้อโต้แย้งต่อสมมติฐานที่ว่าความสูงจำกัดการลำเลียงน้ำ
- งานวิจัยใหม่ ระบุว่า ต้นไม้เขตร้อนที่สูงที่สุดในโลกไม่มีปัญหาใหญ่ในการดึงน้ำขึ้นไปถึงกิ่งยอด
- ทฤษฎีเดิมคาดว่าเมื่อไม้ยืนต้นเติบโตสูงขึ้น การลำเลียงน้ำจากรากไปยังใบจะยากขึ้น ทำให้เกิด ข้อจำกัดในการเติบโต และความเปราะบางต่อภัยแล้งเพิ่มขึ้น
- การวิเคราะห์พบว่า Dipterocarp ขนาดยักษ์สามารถปรับโครงสร้างการลำเลียงน้ำภายในเพื่อ ชดเชยอย่างสมบูรณ์ ต่อภาระที่มาจากความสูง
- ความสูงของต้นไม้เพียงอย่างเดียวไม่ได้ทำให้ระบบลำเลียงน้ำเปราะบางต่อภัยแล้งมากกว่าต้นไม้ขนาดเล็ก และแม้ในช่วงภัยแล้งรุนแรงก็ไม่พบการสูญเสียการเติบโตที่สัมพันธ์กับความสูง
โครงสร้างการลำเลียงน้ำและการปรับตัวของ Dipterocarp
- สายพันธุ์ Dipterocarp เป็น ไม้ดอกยืนต้น ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในโลก และเป็นชนิดเด่นในป่าฝนเขตร้อนของเอเชีย
- ต้นไม้ลำเลียงน้ำผ่านท่อกลวงขนาดเล็กจำนวนมาก และสร้างความดันต่ำที่ส่วนยอดเพื่อดึงน้ำขึ้นด้านบน
- ท่อเหล่านี้ปรับตัวให้สามารถคงน้ำไว้ในสถานะของเหลวได้ แม้ภายใต้ความดันต่ำมากซึ่งจำเป็นต่อการส่งน้ำไปยังยอดของต้นไม้ที่สูงเกิน 80m
- พบว่า ระบบไฮดรอลิก ของ Dipterocarp ที่สูงมากมีวิวัฒนาการให้สอดคล้องกับความสูงของต้นไม้ และไม่ได้ได้รับความเสียหายมากกว่าต้น Dipterocarp ขนาดเล็กภายใต้สภาวะภัยแล้งเดียวกัน
การวัดภาคสนามใน Malaysian Borneo
- ทีมวิจัยศึกษาต้นไม้ Dipterocarp ใน Malaysian Borneo ที่มีความสูงตั้งแต่ 7~71m
- มีการวัดลักษณะต่าง ๆ จากหลายตำแหน่งของแต่ละต้น เพื่อดูว่าต้นไม้สูงชดเชยผลของความสูงอย่างไร
- ท่อลำเลียงน้ำ ใกล้พื้นดินมีขนาดกว้างขึ้น
- ใบปรับตัวให้ทนต่อ ความเครียดจากการขาดน้ำ ได้มากขึ้นก่อนจะเหี่ยว
- นอกจากนี้ยังวัดอัตราการเติบโตของลำต้นก่อน ระหว่าง และหลังช่วง ภัยแล้ง El Niño รุนแรงในปี 2023~2024
ผลกระทบต่อการกักเก็บคาร์บอนและแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
- ต้นไม้ขนาดใหญ่ที่สุด 1% กักเก็บคาร์บอนเหนือพื้นดินของป่าไว้ มากกว่าครึ่งหนึ่ง
- การคาดการณ์เดิมบางส่วนมองว่าระบบไฮดรอลิกของต้นไม้สูงอ่อนแอ จึงมีความเสี่ยงตายจากภัยแล้งมากกว่า
- สมมติฐานนี้ถูกนำไปรวมไว้ใน แบบจำลองผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ บางส่วน
- ผลลัพธ์ครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าสมมติฐานดังกล่าวอาจไม่ถูกต้อง และยังจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบไฮดรอลิกและความทนทานต่อภัยแล้งของต้นไม้สูงชนิดอื่น
การมีส่วนร่วมของนักวิจัยและข้อมูลบทความ
- ผู้ร่วมเขียน Palasiah Jotan อธิบายว่า Dipterocarp เป็นชนิดเด่นของป่าฝนเขตร้อนใน Malaysian Borneo และเป็นศูนย์กลางของระบบนิเวศและความหลากหลายทางชีวภาพในภูมิภาค
- เขาหวังว่าผลการศึกษาที่พบว่าแม้แต่ Dipterocarp ที่สูงที่สุดก็ยังมี ความยืดหยุ่นเชิงไฮดรอลิก ต่อภัยแล้ง จะช่วยเสริมเหตุผลในการปกป้องป่าเหล่านี้ท่ามกลางสภาพภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลง
- ทีมวิจัยประกอบด้วย Sabah Forestry Department, UK Centre for Ecology & Hydrology, University of Aberdeen และสถาบันจากสาธารณรัฐเช็ก เยอรมนี สเปน บราซิล และสหรัฐอเมริกา
- งานวิจัยได้รับการสนับสนุนจาก Natural Environment Research Council
- ชื่อบทความคือ “Height does not impair the hydraulic system of the tallest tropical Dipterocarp trees.”
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
ประโยคนี้ดูเหมือนจะพูดลดทอนปรากฏการณ์ไปพอสมควร ตรงนี้ ความดันต่ำมาก จริง ๆ แล้วคือ ความดันลบ ระดับไม่กี่บาร์ และความยากหลักในการคงให้น้ำเป็นของเหลวอยู่ที่การหลีกเลี่ยงการเกิดโพรงไอ (cavitation)
เคยเจอฟิสิกส์ของต้นไม้ในข้อสอบเข้า École Polytechnique และมันยังติดอยู่ในหัวจนถึงตอนนี้: http://alainrobichon.free.fr/Concours/X_PC_PH1_01.pdf
เท่าที่รู้ นักเรียนแม้ผ่านไป 25 ปีแล้วก็ยังใช้โจทย์ชิ้นเอกนี้เป็นแบบฝึกหัดอยู่
บางครั้งผมปลูก กัญชาและพริก พอเริ่มคุ้นเคยพอสมควรแล้วก็พบว่าพืชยืดหยุ่นกว่าที่จินตนาการไว้มาก ดังนั้นบทความนี้จึงไม่ได้ทำให้แปลกใจเท่าไร
สุดท้ายแล้วพืชก็ทำสิ่งที่จำเป็นต้องทำจนได้ ผมเคยอัด CO2 แรง ๆ หรือเพิ่มสารอาหารจนเกิดระบบนิเวศแมลงและสถานการณ์ใหม่เอี่ยมขึ้นมา
มันน่าสนใจมากจนจริง ๆ แล้วอยากใช้ชีวิตแบบนี้ ผมเป็นนักวิทยาการคอมพิวเตอร์ แต่ตอนนี้กลับคิดถึงวิทยาศาสตร์พืช
ถ้าสนใจ ขอแนะนำอย่างยิ่งให้ดู กลยุทธ์การเด็ดใบ และวิธี ฝึกแบบความเครียดต่ำ พืชไม่ใช่สิ่งมีชีวิตโง่ ๆ ผลลัพธ์ที่ได้ก็น่าทึ่ง และวิทยาศาสตร์ว่าด้วยแก่นแท้ของพืชก็กำลังลึกซึ้งขึ้นทุกวัน
จริง ๆ แล้วเนื้อหานี้ขัดกับงานวิจัยและผลการวัดเดิมเกี่ยวกับต้นไม้ขนาดใหญ่ บทความนี้ดูเหมือนจะดูแค่ประมาณ 80m เป็นอย่างมาก และก็มีข้อเท็จจริงว่าในโลกนี้มีต้นไม้ที่สูงกว่า 130m อยู่พอดี 0 ต้น [1]
หลอดฝอยกว้างที่โคนตามที่บทความพูดถึงดูไม่น่าเกี่ยวข้อง
[1] https://www.sfgate.com/science/article/REDWOODS-How-tall-can...
ก่อนจะเริ่มแก้ไขสายเซลล์สืบพันธุ์ของมนุษย์ อารยธรรมของเราควรต้องเชี่ยวชาญเทคโนโลยีแบบนั้นให้มากกว่านี้มาก และสุดท้ายสักวันหนึ่งเราก็คงอยากแก้ไขสายเซลล์สืบพันธุ์ของมนุษย์อยู่ดี ตอนนี้เรากำลังยับยั้งชั่งใจกันมาก แต่ไม่รู้ว่าจะอยู่ได้นานแค่ไหน อย่างไรก็ดี ต้นไม้ 1,000m คงเท่มากจริง ๆ
Kurzgesagt มีวิดีโอสองเรื่องเกี่ยวกับต้นไม้และคำถามแบบนี้
https://m.youtube.com/watch?v=ZSch_NgZpQs
https://m.youtube.com/watch?v=pHJIhxZEoxg
https://www.youtube.com/watch?v=HjHMoNGqQTI
แต่แรกก็ไม่ได้คาดว่าจะมีปัญหาอยู่แล้ว มันดูเหมือนปัญหาเฉพาะเมื่อจินตนาการแบบไร้เดียงสาว่าภายในต้นไม้มี ท่อเปิด ต่อกันจากบนถึงล่าง
การส่งถังน้ำต่อกันทำงานเหมือนกันไม่ว่าจะขึ้นบันได 10 ชั้นหรือ 100 ชั้น ระบบเปิดปิดวาล์วก็เช่นกัน
การปั๊มน้ำจากถังน้ำชั้นหนึ่งของอาคารไปยังถังน้ำชั้นถัดไปนั้นง่าย แล้วก็ทำซ้ำในชั้นถัดไป ไม่มีเสาน้ำที่เชื่อมต่อกัน ดังนั้นแรงดันจากหลายชั้นด้านบนจึงไม่ส่งผล
ต้นไม้ที่ใหญ่ที่สุดในบันทึกถูกปฏิเสธด้วยเหตุผลหนึ่งว่าเกินขีดจำกัดทางทฤษฎี: https://en.wikipedia.org/wiki/Nooksack_Giant
น่าเสียดายที่ต้นนี้ก็ถูกโค่นไปพร้อมกับ Douglas-fir ขนาดยักษ์แทบทั้งหมด
ป้ายข้อมูลระบุว่าต้น Nooksack ผลิตไม้ 96,345 board feet คุณภาพ “สูงสุด”
New York Times ฉบับวันที่ 7 มีนาคม 1897 ยกย่องต้นไม้นี้ว่าเป็น “ต้นเฟอร์ที่งดงามที่สุดเท่าที่สายตามนุษย์เคยเห็น” และเรียกการทำลายมันว่า “เรื่องราวที่น่าเวทนาอย่างแท้จริง” และเป็น “อาชญากรรม”
The Morning Times วันที่ 28 กุมภาพันธ์ 1897 อ้างว่าถ้าเลื่อยไม้ชิ้นนี้ให้กว้าง 1 นิ้ว จะยาวไปได้ “จาก Whatcom ถึงจีน”
ช่วงหนึ่งมีคนลักลอบเก็บมอสที่มีบทบาทแบบนี้ แต่กลายเป็นปัญหาเพราะมอสโตได้เพียงไม่กี่นิ้วต่อปี
โชคดีที่บน Vancouver Island ยังมี Douglas Fir, Sitka Spruce และ Western Red Cedar ขนาดใหญ่เหลืออยู่บ้าง
[1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Big_Lonely_Doug
“ต้นไม้ขนาดยักษ์ไม่มีปัญหาในการปั๊มน้ำขึ้นไปถึงกิ่งบนสุด” ว่าอย่างนั้น แต่ตั้งแต่แรกอาจเป็นเพราะมันไม่ได้ ปั๊ม น้ำจริง ๆ ก็ได้
ในทางกลับกัน ต้นไม้ยักษ์จำนวนมากได้รับน้ำจากอากาศผ่าน หมอก
การควบแน่นของหมอกชายฝั่งคิดเป็นส่วนสำคัญของความต้องการน้ำของต้นไม้[23]
https://en.wikipedia.org/wiki/Sequoia_sempervirens#Fog_and_f...
https://en.wikipedia.org/wiki/Sequoia_sempervirens
ถ้ามันวิวัฒนาการมาเป็นโครงสร้างแบบแบ่งปล้อง บางทีอาจเติบโตได้สูงกว่านี้
[1] https://www.sfgate.com/science/article/REDWOODS-How-tall-can...
ทุกคนยังประเมิน น้ำที่มีโครงสร้าง ต่ำเกินไปอยู่
ยอมรับว่าเป็นประเด็นถกเถียง และนอกห้องแล็บของ Gerald Pollack ที่ University of Washington แล้ว มีเพียงไม่กี่แล็บที่ทำซ้ำได้ แต่ก็มีหลักฐานที่หนักแน่นว่ามันอาจมีบทบาทในการลำเลียงน้ำและน้ำเลี้ยงขึ้นไปถึงยอดไม้ อย่างน้อยก็เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ที่เหนี่ยวนำในท่อชอบน้ำเมื่อมีพลังงานรังสีแวดล้อมเพียงพอ กล่าวคือรังสีอัลตราไวโอเลต/อินฟราเรด
บทความที่เกี่ยวข้อง:
“Exclusion-zone water inside and outside of plant xylem vessels.” 2024 Scientific Reports. https://www.nature.com/articles/s41598-024-62983-3
“Surface-induced flow: a natural microscopic engine using infrared energy as fuel.” 202 Science Advances. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aba0941
“Long-range forces extending from polymer-gel surfaces.” 2003 Phys. Rev. E. https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevE.68.031408
เว็บไซต์ Pollack: https://www.pollacklab.org/
คำวิจารณ์ต่อทฤษฎีของ Pollack:
Schurr, J.M. (2013). Phenomena associated with gel–water interfaces: analyses and alternatives to the long-range ordered water hypothesis. J. Phys. Chem. B, 117(25), 7653–7674. https://doi.org/10.1021/jp302589y
Elton, D.C., Spencer, P.D., Riches, J.D. & Williams, E.D. (2020). Exclusion zone phenomena in water — a critical review of experimental findings and theories. Int. J. Mol. Sci., 21(14), 5041. https://doi.org/10.3390/ijms21145041
Elton, D.C. & Spencer, P.D. (2021). Pathological water science — four examples and what they have in common. In Water in Biomechanical and Related Systems (Biologically-Inspired Systems, vol. 17), pp. 155–170. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-67227-0_8 (preprint: https://arxiv.org/abs/2010.07287)
หัวข้อนั้นชวนให้ลองไล่รายการสิ่งเหล่านั้น และรายการก็ยาวขึ้นเป็นหลายร้อยรายการ ทั้งที่มีรายการที่ไร้สาระยิ่งกว่านี้มาก ผู้คนก็ยังเห็นคำกระตุ้นอารมณ์ของตัวเองแล้วอดโมโหไม่ได้
อันนี้คงเอาไปใส่ไว้ในหมวด โฮมีโอพาธี ได้
ไม่เข้าใจว่าทำไมถึงเชื่อกันว่าต้นไม้ไม่สามารถส่งน้ำขึ้นไปเกินขีดจำกัดบางอย่างได้ สิ่งที่ต้องมีก็แค่ ระบบวาล์ว เท่านั้น และพืชก็มีสิ่งแบบนั้นอยู่แล้วเพื่อจุดประสงค์อื่น การบอกว่าต้นไม้ถูกจำกัดด้วยวิธีที่เหมือนกับการดูดน้ำขึ้นมาตรง ๆ นั้นฟังไม่ขึ้น ถ้าเป็นแบบนั้น ต้นไม้ส่วนใหญ่ก็ควรจะติดขัดไปแล้วที่ความสูงซึ่งต้นไม้จำนวนมากข้ามผ่านได้ง่าย ๆ
ผมว่าก็แค่ต้นไม้สมัยนี้ไม่ค่อยโตใหญ่ขนาดนั้นแล้ว ต้นไม้ทั่วไปอย่างสปรูซก็ดูเหมือนจะไปได้ถึง 100 เมตร แต่ก็แค่ไม่ค่อยไปถึงขนาดนั้น
ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือการขาดแคลนสารอาหาร แต่ส่วนตัวผมคิดว่าสาเหตุคือ การไม่มีช้าง ช้างอาจคอยทำลายต้นไม้เล็ก ๆ อยู่เรื่อย ๆ และมีเพียงไม่กี่ต้นที่โชคดีรอดมาได้จนโตมหึมา บางที redwood อาจเป็นสิ่งที่ชนพื้นเมืองสร้างขึ้นโดยการกำจัดต้นไม้เล็ก ๆ และปล่อยต้นไม้เก่าไว้ก็ได้
https://www.youtube.com/watch?v=BickMFHAZR0
แนะนำเลย ผมคิดว่านี่เป็นหนึ่งในวิดีโอ Veritasium ที่ดีที่สุดที่ Derek ทำ
ป่าสูงเก่าแก่ในยุคที่ใกล้กว่านั้นก็ยังอยู่ได้ดีแม้โลกจะหนาวกว่า ดังนั้นอาจไม่ได้เกี่ยวข้องเป็นพิเศษก็ได้
ถึงอย่างนั้น ก็จินตนาการได้ง่ายว่าโลกที่อุ่นกว่า ชื้นกว่า และมีความเข้มข้น CO2 ในบรรยากาศสูงกว่า น่าจะเอื้อต่อการเติบโตของต้นไม้ที่สูงกว่า
ในทางกลับกัน นี่ไม่ใช่สาขาที่ผมเชี่ยวชาญ ดังนั้นผมอาจไม่รู้จริง ๆ ว่าตัวเองกำลังพูดอะไรอยู่ก็ได้