الأشجار العملاقة تشهد على الخلق. لماذا يرتفع الماء إلى أعلى الجذع؟ كيف يرتفع الماء في الأشجار

المحركات الرئيسية للتيار المائي
يحدث امتصاص الماء بواسطة نظام الجذر بسبب تشغيل محركين نهائيين لتيار الماء: العلويالمحرك النهائي، أو قوة شفط التبخر (النتح)، والمحرك السفلي، أو المحرك الجذري. القوة الرئيسية المسببة لتدفق وحركة الماء في النبات هي قوة الشفط للنتح، مما يؤدي إلى تدرج في إمكانات الماء. إمكانات المياه هي مقياس للطاقة التي يستخدمها الماء للتحرك. جهد الماء وقوة الشفط متساويان في القيمة المطلقة، لكنهما متعارضان في الإشارة. كلما قل تشبع الماء في نظام معين، قلت (أكثر سلبية) إمكاناته المائية. عندما يفقد النبات الماء أثناء عملية النتح، تصبح خلايا الأوراق غير مشبعة بالماء، ونتيجة لذلك تنشأ قوة الشفط (انخفاض جهد الماء). يسير تدفق الماء في اتجاه قوة شفط أكبر، أو إمكانات مياه أقل.
وبالتالي، فإن المحرك الطرفي العلوي لتدفق الماء في النبات هو قوة الشفط لنتح الأوراق، وعمله ليس له علاقة تذكر بالنشاط الحيوي لنظام الجذر. في الواقع، أظهرت التجارب أن الماء يمكن أن يدخل البراعم من خلال نظام الجذر الميت، وفي هذه الحالة يتم تسريع امتصاص الماء.
بالإضافة إلى محرك الطرف العلوي لتيار الماء، هناك محرك الطرف السفلي في النباتات. وهذا ما أثبته مثال ظواهر مثل التمزق.
أوراق النباتات التي تكون خلاياها مشبعة بالماء، في ظل ظروف الرطوبة العالية التي تمنع التبخر، تفرز قطرات ماء سائلة مع كمية صغيرة من المواد المذابة - التمزق. يتم إطلاق السائل من خلال ثغور الماء الخاصة - المرطبات. السائل المنطلق هو جوتا. وبالتالي، فإن عملية التمزيق هي نتيجة لتدفق الماء في اتجاه واحد في غياب النتح، وبالتالي فهي ناجمة عن سبب آخر.
ويمكن التوصل إلى نفس النتيجة عند النظر في هذه الظاهرة يبكيالنباتات. إذا قمت بقطع براعم نبات وربطت أنبوبًا زجاجيًا بالنهاية المقطوعة، فسوف يرتفع السائل من خلاله. يظهر التحليل أن هذا ماء يحتوي على مواد مذابة - عصارة. وفي بعض الحالات، خاصة في فصل الربيع، يلاحظ البكاء أيضاً عند قطع أغصان النبات. أظهرت التقديرات أن حجم السائل المنطلق (النسغ) أكبر بعدة مرات من حجم نظام الجذر. وبالتالي، فإن البكاء ليس مجرد تسرب للسوائل نتيجة للجرح. كل ما سبق يؤدي إلى استنتاج مفاده أن البكاء، مثل التمزق، يرتبط بوجود تدفق أحادي الاتجاه للمياه عبر أنظمة الجذر، بشكل مستقل عن النتح. القوة التي تسبب تدفق الماء في اتجاه واحد عبر الأوعية التي تحتوي على مواد مذابة، بشكل مستقل عن عملية النتح، تسمى ضغط الجذر. إن وجود ضغط الجذر يسمح لنا بالتحدث عن المحرك السفلي لتيار الماء. يمكن قياس ضغط الجذر عن طريق ربط مقياس الضغط بالطرف الأيسر بعد قطع الأجزاء الموجودة فوق الأرض من النبات، أو عن طريق وضع نظام الجذر في سلسلة من المحاليل بتركيزات مختلفة واختيار محلول يتوقف عن البكاء. اتضح أن ضغط الجذر يبلغ حوالي 0.1 - 0.15 ميجا باسكال (D.A. Sabinin). أظهرت التحديدات التي أجراها الباحثون السوفييت L. V. Mozhaeva و V. N. Zholkevich أن تركيز المحلول الخارجي الذي يتوقف عن البكاء أعلى بكثير من تركيز الباسوك. هذا سمح لنا بالتعبير عن الرأي القائل بأن البكاء يمكن أن يتعارض مع تدرج التركيز. وقد ثبت أيضًا أن البكاء يحدث فقط في ظل الظروف التي تحدث فيها جميع عمليات الحياة الخلوية بشكل طبيعي. ليس فقط قتل الخلايا الجذرية، ولكن أيضًا انخفاض شدة نشاطها الحيوي، وخاصة شدة التنفس، يتوقف عن البكاء. في غياب الأكسجين، وتحت تأثير سموم الجهاز التنفسي، وعند انخفاض درجة الحرارة، يتوقف البكاء. كل ما سبق سمح لـ D. A. Sabinin بإعطاء التعريف التالي: نباتات البكاء- هذا تدفق في اتجاه واحد للمياه والمواد المغذية مدى الحياة، اعتمادًا على المعالجة الهوائية للمواد المستوعبة. D. A. اقترح سابينين رسمًا تخطيطيًا يشرح آلية تدفق الماء في اتجاه واحد في الجذر. ووفقا لهذه الفرضية، يتم استقطاب الخلايا الجذرية في اتجاه معين. ويتجلى ذلك في حقيقة أن العمليات الأيضية تختلف في الأجزاء المختلفة من نفس الخلية. في جزء واحد من الخلية، هناك عمليات مكثفة للتحلل، على وجه الخصوص، النشا إلى سكريات، ونتيجة لذلك يزداد تركيز عصارة الخلية. في الطرف الآخر من الخلية، تسود عمليات التوليف، مما يؤدي إلى انخفاض تركيز المواد المذابة في هذا الجزء من الخلية. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن كل هذه الآليات لن تعمل إلا في حالة وجود كمية كافية من الماء في البيئة وعدم انتهاك عملية التمثيل الغذائي.
وبحسب فرضية أخرى فإن اعتماد بكاء النبات على شدة التنفس هو أمر غير مباشر. تُستخدم طاقة التنفس لتزويد خلايا القشرة بالأيونات، حيث يتم امتصاصها في أوعية الخشب. ونتيجة لذلك، يزداد تركيز الأملاح في أوعية الخشب، مما يسبب تدفق الماء.

حركة الماء خلال النبات
ينتقل الماء الذي تمتصه الخلايا الجذرية، تحت تأثير اختلاف جهد الماء الناتج عن النتح، وكذلك قوة ضغط الجذر، إلى مسارات الخشب. وفقا للمفاهيم الحديثة، فإن الماء في نظام الجذر لا يتحرك فقط من خلال الخلايا الحية. في عام 1932، طور عالم الفيزيولوجيا الألماني مونش فكرة وجود مجلدين مستقلين نسبيًا في نظام الجذر، حيث يتحرك الماء - الأببلاست والسيمبلاست. أبوبلاست –هذه هي المساحة الحرة للجذر، والتي تشمل المساحات بين الخلايا، وأغشية الخلايا، وأوعية الخشب. سيمبلاست –هذه عبارة عن مجموعة من البروتوبلاستات لجميع الخلايا، ويحدها غشاء شبه منفذ. بفضل العديد من البلازمات التي تربط البروتوبلاست بالخلايا الفردية، يمثل السيمبلاست نظامًا واحدًا. من الواضح أن apoplast ليس مستمرًا، ولكنه مقسم إلى مجلدين. يقع الجزء الأول من الأبوبلاست في قشرة الجذر قبل خلايا الأديم الباطن، والثاني على الجانب الآخر من خلايا الأديم الباطن، ويتضمن أوعية الخشب. تمثل خلايا الأديم الباطن، بفضل أحزمة Casparian، عائقًا أمام حركة الماء عبر الفضاء الحر (المساحات بين الخلايا وأغشية الخلايا). من أجل دخول أوعية الخشب، يجب أن يمر الماء عبر غشاء شبه منفذ وبشكل رئيسي من خلال الأبوبلاست وجزئيًا فقط من خلال السيمبلاست. ومع ذلك، في خلايا الأديم الباطن، يبدو أن حركة الماء تحدث على طول السيمبلاست. بعد ذلك، يدخل الماء إلى أوعية الخشب. ثم تحدث حركة الماء من خلال الجهاز الوعائي للجذر والساق والورقة.
من أوعية الساق، يتحرك الماء عبر سويقات أو غمد الورقة إلى الورقة. في نصل الورقة، توجد أوعية موصلة للماء في الأوردة. تتفرع الأوردة تدريجيًا وتصبح أصغر حجمًا. كلما زادت كثافة شبكة الأوردة، قلت مقاومة الماء عند الانتقال إلى خلايا الميزوفيل في الورقة. في بعض الأحيان يكون هناك عدد كبير جدًا من الفروع الصغيرة لعروق الأوراق بحيث توفر الماء لكل خلية تقريبًا. كل الماء في الخلية في حالة توازن. وبعبارة أخرى، بمعنى التشبع بالماء، هناك توازن بين الفجوة والسيتوبلازم وغشاء الخلية، وإمكاناتها المائية متساوية. ينتقل الماء من خلية إلى أخرى بسبب تدرج قوة الشفط.
تمثل جميع المياه الموجودة في النبات نظامًا واحدًا مترابطًا. منذ بين جزيئات الماء هناك قوى الالتصاق(التماسك)، يرتفع الماء إلى ارتفاع أكبر بكثير من 10 أمتار، وتزداد قوة الالتصاق، لأن جزيئات الماء لديها تقارب أكبر لبعضها البعض. وتوجد أيضًا قوى التماسك بين الماء وجدران الأوعية.
تعتمد درجة شد خيوط الماء في الأوعية على نسبة عمليتي امتصاص الماء وتبخره. كل هذا يسمح للكائن النباتي بالحفاظ على نظام مائي واحد وليس بالضرورة تجديد كل قطرة من الماء المتبخر.
في حالة دخول الهواء إلى أجزاء فردية من الأوعية، فمن الواضح أنها معطلة عن التيار العام لتوصيل الماء. هذا هو مسار حركة الماء عبر النبات (الشكل 1).

أرز. 1. مسار الماء في النبات .

تتغير السرعة التي يتحرك بها الماء عبر النبات على مدار اليوم. خلال النهار يكون أكبر بكثير. وفي الوقت نفسه، تختلف أنواع النباتات المختلفة في سرعة حركة الماء. التغيرات في درجات الحرارة وإدخال مثبطات التمثيل الغذائي لا تؤثر على حركة الماء. وفي الوقت نفسه، تعتمد هذه العملية، كما هو متوقع، إلى حد كبير على معدل النتح وعلى قطر الأوعية الناقلة للمياه. في الأوعية الأوسع، يواجه الماء مقاومة أقل. ومع ذلك، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن فقاعات الهواء قد تدخل إلى أوعية أوسع أو قد تحدث بعض الاضطرابات الأخرى في تدفق المياه.

فيديو: حركة الماء والمواد العضوية على طول الساق.

يتكون نسيج النباتات المزهرة من نوعين من الهياكل التي تنقل المياه والقصبات الهوائية والأوعية. في الطائفة. 8.2.1 تحدثنا بالفعل عن كيفية ظهور الخلايا المقابلة في المجهر الضوئي، وكذلك في الصور المجهرية التي تم الحصول عليها باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (الشكل 8.11). سننظر في هيكل الخشب الثانوي (الخشب) في القسم. 21.6.6.

يشكل الخشب مع اللحاء النسيج الموصل للنباتات العليا. يتكون هذا النسيج مما يسمى حزم موصلةوالتي تتكون من هياكل أنبوبية خاصة. في التين. يوضح الشكل 14.15 كيفية ترتيب الحزم الوعائية وكيفية تواجدها في الجذع الأساسي للنباتات ثنائية الفلقة وأحادية الفلقة.

14.19. لخص في شكل جدول الاختلافات في بنية الجذع الأساسي في النباتات ثنائية الفلقة وأحادية الفلقة.

14.20. ما هو الشكل ثلاثي الأبعاد لمكونات الأنسجة التالية: أ) البشرة؛ ب) الخشب. ج) الدراجة الهوائية ذات الفلقتين و د) اللب؟

يمكن إثبات أن الماء يمكن أن يتحرك إلى أعلى نسيج الخشب بسهولة شديدة عن طريق غمر الطرف السفلي من الجذع المقطوع في محلول مخفف من صبغة مثل الأيوسين. ترتفع الصبغة عبر نسيج الخشب وتنتشر عبر شبكة عروق الأوراق. إذا تم أخذ مقاطع رقيقة وعرضها تحت المجهر الضوئي، فسيتم العثور على الصبغة في نسيج الخشب.

من الأفضل إثبات حقيقة أن الخشب يوصل الماء من خلال تجارب "الرنين". تم إجراء مثل هذه التجارب قبل فترة طويلة من بدء استخدام النظائر المشعة، مما يجعل من السهل جدًا تتبع مسار المادة في الكائن الحي. في إحدى نسخ التجربة، يتم قطع حلقة من اللحاء مع اللحاء. إذا لم تكن التجربة طويلة جدًا، فإن مثل هذا "الرنين" لا يؤثر على صعود الماء على طول الساق. ومع ذلك، إذا قمت بتقشير قطعة من اللحاء وقطعت نسيج الخشب دون إتلاف قطعة اللحاء، فسوف يذبل النبات بسرعة.

إن أي نظرية تشرح حركة الماء عبر نسيج الخشب لا يمكن إلا أن تأخذ بعين الاعتبار الملاحظات التالية:

1. أوعية الخشب عبارة عن أنابيب ميتة ذات تجويف ضيق، يتراوح قطرها من 0.01 ملم في الخشب "الصيفي" إلى حوالي 0.2 ملم في الخشب "الربيعي".

2. يتم نقل كميات كبيرة من المياه بسرعة نسبية: في الأشجار العالية، تم تسجيل معدلات ارتفاع للمياه تصل إلى 8 م/ساعة، بينما في النباتات الأخرى غالبًا ما تصل إلى حوالي 1 م/ساعة.

3. لرفع الماء عبر هذه الأنابيب إلى أعلى شجرة طويلة، يلزم ضغط يبلغ حوالي 4000 كيلو باسكال. أطول الأشجار - السكويا العملاقة في كاليفورنيا (الصنوبريات التي لا تحتوي على أوعية وقصائد فقط) وأشجار الأوكالبتوس الأسترالية - يزيد ارتفاعها عن 100 متر، وترتفع المياه من خلال أنابيب شعرية رفيعة بسبب التوتر السطحي العالي تحت تأثير القوى الشعرية؛ ومع ذلك، بسبب هذه القوى وحدها، حتى من خلال أنحف أوعية الخشب، لن يرتفع الماء فوق 3 أمتار.

يتم شرح كل هذه الملاحظات بشكل مرض من خلال النظرية التشبث(التماسك) أو النظرية توتر. وبحسب هذه النظرية فإن صعود الماء من الجذور يرجع إلى تبخر الماء من الخلايا الورقية. كما قلنا في القسم. 14.3، يؤدي التبخر إلى انخفاض في إمكانات المياه للخلايا المجاورة للخشب. ولذلك، يدخل الماء إلى هذه الخلايا من عصارة الخشب، التي لديها قدرة مائية أعلى؛ ومن خلال القيام بذلك، فإنه يمر عبر جدران الخلايا السليلوزية الرطبة لأوعية الخشب الموجودة في نهايات الأوردة، كما هو موضح في الشكل 1. 14.7.

تمتلئ أوعية الخشب بالماء، وعندما يغادر الماء الأوعية، ينشأ التوتر في عمود الماء. وينتقل عبر الجذع على طول الطريق من الورقة إلى الجذر بفضل التشبث(تماسك) جزيئات الماء. تميل هذه الجزيئات إلى "الالتصاق" ببعضها البعض لأنها قطبية وتنجذب إلى بعضها البعض بواسطة القوى الكهربائية ومن ثم يتم ربطها معًا بواسطة روابط هيدروجينية (القسم 5.1.2). بالإضافة إلى أنها تميل إلى الالتصاق بجدران الأوعية الدموية تحت تأثير القوى التصاق. ويعني التماسك العالي لجزيئات الماء أن قوة شد كبيرة نسبيًا مطلوبة لكسر عمود من الماء؛ بمعنى آخر، يتمتع عمود الماء بقوة شد عالية. يصل التوتر في أوعية الخشب إلى قوة يمكنها من سحب عمود الماء بأكمله إلى الأعلى، مما يخلق تدفقًا جماعيًا؛ وفي هذه الحالة يدخل الماء إلى قاعدة هذا العمود في الجذور من الخلايا الجذرية المجاورة. من الضروري أن تتمتع جدران أوعية الخشب أيضًا بقوة عالية ولا يتم الضغط عليها للداخل.

يتم توفير هذه القوة عن طريق اللجنين والسليلوز. تم الحصول على دليل على أن محتويات أوعية الخشب تحت تأثير قوة شد كبيرة عن طريق قياس التغيرات اليومية في قطر الجذع في الأشجار باستخدام أداة تسمى مقياس الكثافة. تم تسجيل القيم الدنيا خلال النهار عندما يكون معدل النتح هو الحد الأقصى. تم إضافة الضغط الصغير لأوعية الخشب الفردية وأعطى انخفاضًا قابلاً للقياس تمامًا في قطر الجذع بأكمله.

تتراوح تقديرات قوة الشد لعمود نسغ الخشب من حوالي 3000 إلى 30000 كيلو باسكال، مع الحصول على قيم أقل مؤخرًا. تتمتع الأوراق بقدرة مائية تبلغ حوالي -4000 كيلو باسكال، ومن المحتمل أن تكون قوة عمود نسيج الخشب كافية لتحمل التوتر الناتج. ومن الممكن بالطبع أن ينفجر عمود الماء في بعض الأحيان، خاصة في الأوعية ذات القطر الكبير.

يشير منتقدو هذه النظرية إلى أن أي انقطاع في استمرارية عمود العصير يجب أن يوقف التدفق بالكامل على الفور، حيث يجب أن يمتلئ الوعاء بالهواء وبخار الماء (الظاهرة التجويف). يمكن أن يكون سبب التجويف اهتزازًا قويًا أو انحناء الجذع أو نقص الماء. ومن المعروف أنه خلال فصل الصيف يتناقص محتوى الماء في جذع الشجرة تدريجياً ويمتلئ الخشب بالهواء. يتم استخدامه في صناعة الأخشاب لأن الخشب يتمتع بطفو أفضل. ومع ذلك، فإن تمزق عمود الماء في بعض الأوعية لا يؤثر بشكل كبير على معدل نقل المياه. يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن الماء يمر من وعاء إلى آخر أو يتجاوز سدادة الهواء، ويتحرك على طول خلايا الحمة المجاورة وجدرانها. بالإضافة إلى ذلك، وفقًا للحسابات، للحفاظ على معدل التدفق المرصود، يكفي أن يعمل جزء صغير على الأقل من الأوعية في أي وقت. في بعض الأشجار والشجيرات، يتحرك الماء فقط على طول الطبقة الخارجية الأصغر من الخشب، والتي تسمى خشب النسغ. في البلوط والرماد، على سبيل المثال، يتحرك الماء بشكل رئيسي من خلال أوعية العام الحالي، وبقية خشب السابود بمثابة احتياطي للمياه. خلال موسم النمو، يتم إضافة المزيد والمزيد من الأوعية الجديدة طوال الوقت، ولكن يتم تشكيل معظمها في بداية الموسم، عندما يكون معدل التدفق أعلى بكثير.

القوة الثانية التي تشارك في حركة الماء عبر نسيج الخشب هي ضغط الجذر. يمكن اكتشافه وقياسه في اللحظة التي يتم فيها قطع التاج، ويستمر الجذع ذو الجذور في إفراز العصير من أوعية الخشب. يتم قمع عملية النضح هذه بواسطة السيانيد ومثبطات التنفس الأخرى وتتوقف عند نقص الأكسجين أو انخفاض في درجة الحرارة. لكي تعمل هذه الآلية، يبدو أن هناك حاجة إلى إفراز نشط للأملاح والمواد الأخرى القابلة للذوبان في الماء والتي تقلل من إمكانات الماء في نسيج الخشب. ثم يدخل الماء إلى نسيج الخشب عن طريق التناضح من الخلايا الجذرية المجاورة.

عادة لا يكون الضغط الهيدروستاتيكي الإيجابي الذي يبلغ حوالي 100-200 كيلو باسكال (في حالات استثنائية يصل إلى 800 كيلو باسكال)، الناتج عن ضغط الجذر، كافيًا لضمان حركة الماء أعلى نسيج الخشب، ولكن مساهمته في العديد من النباتات لا شك فيها. ومع ذلك، في الأشكال العشبية التي تفرز ببطء، يكون هذا الضغط كافيًا تمامًا للتسبب في التمزق. التمزق- وهو إزالة الماء على شكل قطرات سائلة على سطح النبات (بينما أثناء النتح يخرج الماء على شكل بخار). جميع الظروف التي تقلل من النتح، مثل الإضاءة المنخفضة والرطوبة العالية وما إلى ذلك، تعمل على تعزيز عملية التمزق. إنه شائع جدًا في العديد من نباتات الغابات الاستوائية المطيرة وغالبًا ما يتم ملاحظته على أطراف أوراق الشتلات الصغيرة.

14.21. اذكر خصائص الخشب التي من خلالها يضمن نقل الماء والمواد المذابة فيه لمسافات طويلة.

نسيج الخشب من النباتات المزهرةيحتوي على نوعين من الهياكل الموصلة للمياه - القصبات الهوائية والأوعية. لقد تحدثنا في المقالة بالفعل عن كيفية ظهور هذه الهياكل في المجهر الضوئي، وكذلك في الصور المجهرية التي تم الحصول عليها باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح. تمت مناقشة هيكل الخشب الثانوي (الخشب) في المقالة. يشكل الخشب واللحاء الأنسجة الموصلة للنباتات العليا أو الوعائية. يتكون هذا النسيج من ما يسمى بالحزم الوعائية، والتي يظهر في الشكل تركيبها وتوزيعها في سيقان النباتات ثنائية الفلقة ذات البنية الأولية.

ماذا يرتفع الماء من خلال نسيج الخشب، يمكن إثباته بسهولة عن طريق غمر الطرف المقطوع من اللقطة في محلول مائي مخفف لصبغة، مثل الأيوسين. السائل الملون، المنتشر على الساق، يملأ شبكة الأوردة التي تمر عبر الأوراق. إذا قمت بعد ذلك بأخذ مقاطع رفيعة وفحصتها تحت المجهر الضوئي، فستجد أن الصبغة موجودة في نسيج الخشب.

دليل أكثر فعالية الماء يرتفع من خلال الخشبإجراء تجارب مع "الرنين". تم إجراء مثل هذه التجارب قبل فترة طويلة من بدء استخدام النظائر المشعة، مما يجعل من السهل جدًا تتبع مسار المواد في الكائن الحي. في إحدى نسخ التجربة، تتم إزالة حلقة ضيقة من اللحاء من الجذع الخشبي مع اللحاء. لفترة طويلة بعد ذلك، تستمر البراعم الموجودة فوق الحلقة المقطوعة في النمو بشكل طبيعي: لذلك، لا يؤثر هذا الرنين على صعود الماء على طول الساق. ومع ذلك، إذا قمت برفع قطعة من اللحاء وقطعت قطعة من الخشب، أي الخشب، من تحتها، فسوف يذبل النبات بسرعة. وبالتالي، ينتقل الماء إلى البراعم من التربة على طول هذا النسيج الموصل.

أي نظرية تشرح نقل المياه من خلال الخشب، لا يمكن تجاهل الملاحظات التالية.

1. العناصر التشريحية للخشب- أنابيب ميتة رفيعة يتراوح قطرها من 0.01 ملم في الخشب "الصيفي" إلى 0.2 ملم في الخشب "الربيعي".
2. كميات كبيرة يتحرك الماء من خلال نسيج الخشببسرعة عالية نسبيًا: بالنسبة للأشجار الطويلة تصل إلى 8 م/ساعة، وللنباتات الأخرى حوالي 1 م/ساعة.
3. رفع الماء من خلال هذه الأنابيب إلى أعلى شجرة طويلةمطلوب ضغط حوالي 4000 كيلو باسكال. أطول الأشجار - الخشب الأحمر في كاليفورنيا والأوكالبتوس في أستراليا - يصل ارتفاعها إلى أكثر من 100 متر، والماء قادر على الارتفاع عبر أنابيب رفيعة قابلة للبلل بسبب التوتر السطحي العالي (وتسمى هذه الظاهرة الشعرية)، ولكن فقط بسبب هذه القوى حتى من خلال أنحف أوعية الخشب، لا يرتفع الماء فوق 3 أمتار.

تفسير مرضي لذلك نظرية الارتباط تعطي الحقائق(التماسك) أو نظرية التوتر. وبحسب هذه النظرية فإن صعود الماء من الجذور يرجع إلى تبخره بواسطة الخلايا الورقية. كما قلنا سابقًا في المقال، فإن التبخر يقلل من إمكانات الماء لخلايا الميزوفيل المجاورة لنسيج الخشب، ويدخل الماء إلى هذه الخلايا من نسيج الخشب، الذي تكون إمكاناته المائية أعلى؛ وبذلك، فإنه يمر عبر جدران الخلايا الرطبة في نهايات الأوردة، كما هو موضح في الشكل.

أوعية الخشبيملأ عمودا مستمرا من الماء. عندما يغادر الماء الأوعية، يتم إنشاء التوتر في هذا العمود؛ وينتقل أسفل الجذع إلى الجذر بسبب التصاق (تماسك) جزيئات الماء. تميل هذه الجزيئات إلى "الالتصاق" ببعضها البعض لأنها قطبية وتنجذب إلى بعضها البعض بواسطة القوى الكهربائية ثم يتم ربطها معًا بواسطة روابط هيدروجينية. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تنجذب إلى جدران أوعية الخشب، أي أنها تلتصق بها. إن التماسك القوي لجزيئات الماء يعني أن عمودها يصعب كسره - فهو يتمتع بقوة شد عالية. يولد إجهاد الشد في خلايا الخشب قوة قادرة على تحريك عمود الماء بأكمله إلى أعلى من خلال آلية التدفق الحجمي. من الأسفل، يدخل الماء إلى نسيج الخشب من الخلايا الجذرية المجاورة. من المهم جدًا أن تكون جدران عناصر الخشب صلبة ولا تنهار عند انخفاض الضغط الداخلي، كما يحدث عندما تمتص الكوكتيل من خلال قشة ناعمة. يتم توفير صلابة الجدران بواسطة اللجنين. يتم توفير الدليل على أن السائل الموجود داخل أوعية الخشب متوتر للغاية (ممتد) من خلال التقلبات اليومية في قطر جذوع الأشجار، والتي يتم قياسها بواسطة أداة تسمى مخطط الأشجار.

يتم تحديد الحد الأدنى للقطر في اليوم الذي يكون فيه معدل النتح أعلى. ما بعد التوتر الماء في وعاء الخشبيسحب جدرانه قليلاً إلى الداخل (بسبب الالتصاق)، ويعطي مزيج هذه الضغطات المجهرية "الانكماش" الإجمالي للبرميل المسجل بواسطة الجهاز.

تقديرات القوة ل تمزق العمود النسغ الخشبتتراوح من 3000 إلى 3000 كيلو باسكال، مع الحصول على قيم أقل لاحقًا. تتمتع الأوراق بقدرة مائية تبلغ حوالي -4000 كيلو باسكال، ومن المحتمل أن تكون قوة عمود نسيج الخشب كافية لتحمل التوتر الناتج. ومن الممكن بالطبع أن ينفجر عمود الماء في بعض الأحيان، خاصة في الأوعية ذات القطر الكبير.

نقاد النظرية المذكورةالتأكيد على أن أي انتهاك لاستمرارية عمود العصير يجب أن يوقف التدفق بالكامل على الفور، حيث سيتم ملء الوعاء بالهواء والبخار (ظاهرة التجويف). يمكن أن يحدث التجويف بسبب الاهتزاز القوي وانحناء الجذع ونقص الماء. ومن المعروف أنه خلال فصل الصيف يتناقص محتوى الماء في جذع الشجرة تدريجياً ويمتلئ الخشب بالهواء. ويستفيد قاطعو الأشجار من هذا لأن مثل هذه الأشجار أسهل في الطفو. ومع ذلك، فإن تمزق عمود الماء في بعض الأوعية ليس له تأثير يذكر على السرعة الإجمالية للتدفق الحجمي. ولعل الحقيقة هي أن الماء يتدفق إلى أوعية متوازية أو يتجاوز سدادة الهواء، ويتحرك على طول خلايا الحمة المجاورة وعلى طول الجدران. بالإضافة إلى ذلك، وفقًا للحسابات، للحفاظ على معدل التدفق المرصود، يكفي أن تعمل نسبة صغيرة على الأقل من عناصر الخشب في أي وقت محدد. في بعض الأشجار والشجيرات، يتحرك الماء فقط من خلال الخشب الخارجي الأصغر سنا، والذي يسمى خشب السابوود. ففي البلوط والرماد، على سبيل المثال، يتم تنفيذ الوظيفة الموصلة بشكل رئيسي عن طريق أوعية العام الحالي، ويلعب باقي خشب النسغ دور احتياطي المياه. تتشكل أوعية خشبية جديدة طوال موسم النمو، ولكن بشكل رئيسي في البداية، عندما تصل سرعة تدفق المياه إلى الحد الأقصى.

القوة الثانية ضمان حركة الماء من خلال نسيج الخشب- ضغط الجذور . يمكن اكتشافه وقياسه في اللحظة التي يتم فيها قطع التاج، ويستمر الجذع ذو الجذور في إفراز العصير من أوعية الخشب لبعض الوقت. يتم قمع هذه العملية بواسطة مثبطات التنفس، مثل السيانيد، وتتوقف عند نقص الأكسجين وانخفاض درجة الحرارة. يبدو أن تشغيل هذه الآلية يرجع إلى الإفراز النشط للأملاح والمواد الأخرى القابلة للذوبان في الماء في عصارة الخشب. ونتيجة لذلك، تنخفض إمكاناتها المائية ويدخل الماء إلى نسيج الخشب من الخلايا الجذرية المجاورة عن طريق التناضح.

تخلق هذه الآلية ضغطًا هيدروستاتيكيًا يتراوح بين 100-200 كيلو باسكال (في حالات استثنائية 800 كيلو باسكال)؛ واحد له الماء يرتفع من خلال الخشبعادةً لا يكون ذلك كافيًا، لكنه يساهم بلا شك في العديد من النباتات في الحفاظ على تدفق الخشب. وفي الأشكال العشبية التي تفرز ببطء، يكون هذا الضغط كافيًا لإحداث طفرة فيها. هذا هو الاسم الذي يطلق على انطلاق الماء على سطح النبات على شكل قطرات سائلة بدلاً من البخار. جميع الظروف التي تمنع النتح، مثل الإضاءة المنخفضة والرطوبة العالية، تعمل على تعزيز عملية التمزق. وهو شائع في العديد من أنواع الغابات الاستوائية المطيرة وغالبًا ما يتم ملاحظته على أطراف أوراق شتلات العشب.

تعد أشجار الخشب الأحمر الموجودة في كاليفورنيا من بين أطول الأشجار في العالم. يصل ارتفاعها إلى 110 متر. عمر بعض الأشجار 2000-3000 سنة! من الصعب أن ننقل الانطباع الذي لا يمحى بأن المشي بين هؤلاء العمالقة يترك. لقد تم الكشف عن حقيقة الخلق بقوة هنا. تنتظم خلايا الشجرة لتشكل الجذور والجذع واللحاء وأعمدة الماء والفروع والأوراق. تشبه الشجرة مصنعًا كيميائيًا عملاقًا. تتم هنا عمليات كيميائية معقدة للغاية بترتيب لا تشوبه شائبة.

والأمر المدهش هو أن هذه الشجرة الضخمة تنمو من بذرة صغيرة تزن 58 جراما. فكر فقط: كل المعلومات المتعلقة بتطور وتنظيم هؤلاء العمالقة موجودة في حمضهم النووي، في بذرة صغيرة مستديرة. تفي البذرة بجميع "التعليمات" الموجودة في حمضها النووي وتتحول إلى بنية عملاقة لا تضاهى في المظهر والحجم. مذهل، أليس كذلك؟

سيكويا عملاقة "الجنرال شيرمان". ويبلغ ارتفاعها 83.8 م، ومحيط الجذع عند القاعدة 34.9 م، وعمر الشجرة 2500 سنة. تعتبر هذه الشجرة أكبر كائن حي على وجه الأرض. ويبلغ وزنها مع نظام الجذر 2500 طن، ويبلغ حجم الشجرة 17000 متر مكعب، أي 10 أضعاف حجم الحوت الأزرق.

يقول الكتاب المقدس: «إن الله يتعالى في قدرته، ومن مثله معلمًا؟ تذكر أن تمجد أعماله التي يراها الناس. يمكن لجميع الناس رؤيتهم؛ يستطيع الإنسان رؤيتهم من بعيد". (أيوب 36: 22-25) في الواقع، يستطيع كل الناس أن يروا أعماله.

رفع المياه إلى ارتفاع مبنى مكون من 30 طابقا

من خلال أوراقك سيكويايطلق ما يصل إلى 600 لتر من الماء يوميًا، لذلك فهو يرفع الماء باستمرار من الجذور إلى الفروع، متغلبًا على قوة الجاذبية. كيف يمكن لشجرة لا تحتوي على مضخات ميكانيكية أن تفعل ذلك؟ 100 متر هو ارتفاع مثير للإعجاب حقًا، مقارنة بمبنيين من 14 طابقًا.اتضح أنه داخل الجذع الأخشاب الحمراءهناك نظام خاص من الأنابيب الضيقة المترابطة يسمى الخشب. يعمل هذا النسيج الشجري الداخلي المعقد على توصيل الماء من الجذور إلى الأوراق. تشكل أنابيب الخشب خلايا تقع الواحدة فوق الأخرى. ويشكلون معًا عمودًا طويلًا بشكل لا يصدق، يمتد من الجذور عبر الجذع إلى الأوراق. "لضخ" الماء، سيكويايجب أن يشكل عمودًا مستمرًا من الماء في هذا الأنبوب.

تحافظ الشجرة على الماء طوال حياتها.تذكر كيف تنحني الرياح القوية الشجرة والفروع. ومع ذلك، نظرًا لأن الأنبوب الموصل يتكون من ملايين الأجزاء الصغيرة المرتبطة ببعضها البعض، يتم احتواء تدفق المياه باستمرار. أنبوب واحد صلب لن ينجز هذه المهمة. بما أن الماء لا يتدفق عادة إلى الأعلى، فكيف تتمكن الشجرة من ضخه إلى هذا الارتفاع؟ "تسحب" الجذور الماء للأعلى، كما أن عمل الشعيرية (قدرة الماء على الارتفاع قليلاً على طول جدران الأنبوب) يزيد الضغط. إلا أن هذه القوة تضمن أن ترتفع المياه بمقدار 2-3 أمتار فقط. القوة الدافعة الأساسية هي التبخر والجذب بين جزيئات الماء. تحتوي الجزيئات على جزيئات مشحونة إيجابيا وسلبيا، والتي تلتصق ببعضها البعض بقوة هائلة، والتي، وفقا للقياسات التجريبية، هي 25-30 أجواء (1 جو يساوي الضغط الجوي العادي عند مستوى سطح البحر).

نظام التوزيع الموضح في المقطع العرضي. تتكون أنابيب النقل من خلايا وهي مصممة لنقل المواد: الماء والمعادن إلى الأوراق عبر قنوات مختلفة. إحدى السمات المهمة لهذا النظام في النباتات هي التجديد المستمر لأنابيب الخشب واللحاء.

وهذا يكفي لدفع غواصة من الحرب العالمية الثانية تطفو على عمق 350 مترًا تحت الماء. سيكويافهو يحافظ بسهولة على ضغط يبلغ 14 ضغطًا جويًا في الجزء العلوي من عمود الماء. الماء المتبخر من الأوراق يولد قوة الشفط. يتبخر جزيء الماء من الورقة، وبفضل قوة الجذب الجزيئي، يسحب معه الجزيئات الأخرى من حوله. يؤدي هذا إلى إنشاء شفط طفيف في عمود الماء وسحب الماء من خلايا الأوراق المجاورة. وهذه الجزيئات بدورها تجذب الجزيئات من حولها. تستمر سلسلة الحركة وصولاً إلى الأرض وتنقل الماء من الجذور إلى أعلى الشجرة، تمامًا كما ترفع المضخة الماء من الأنبوب إلى السطح.

نحن نفهم ذلك شجرةولم تكن هي نفسها قادرة على التوصل إلى مثل هذا النظام المعقد، بعد أن تعلمت استخدام فيزياء الماء وطاقة الشمس بحكمة كبيرة. ونعطي كل المجد لله خالق السماء والأرض. تشهد الأشجار العملاقة على تاريخية سفر التكوين الذي يكشف لنا أصلها الحقيقي: "وقال الله: لتنبت الأرض عشبًا أخضر، وعشبًا يبزر بزرًا، وشجرًا مثمرًا، يعمل ثمرًا كجنسه، الذي فيه بزره على الأرض. وأصبح كذلك". (تكوين 1: 11-12)