Устремляясь на более 100 метров ввысь, калифорнийские секвойи возвышаются над остальными 60 000 видами деревьев. Произрастая в туманных горах Сьерра-Невады, секвойи имеют самые высокие стволы в мире деревьев. Но, похоже, что даже у таких зелёных великанов есть свои границы. Самые высокие из известных секвой не вырастали выше 130 метров, и учёные считают, что эти деревья не вырастут выше упомянутой отметки, даже если будут существовать не одну тысячу лет. Так что же не даёт этим деревьям расти до бесконечности ввысь?
Основная причина — древесный сок.
Чтобы дерево росло, ему необходима доставка сахаров, полученных в результате фотосинтеза, и других питательных веществ от корневой системы. И подобно тому, как в организме происходит кровообращение, внутри дерева происходит обращение двух видов древесного сока, которые переносят все необходимые вещества для функционирования клеток. Первый — это флоэмный сок. Благодаря содержанию сахаров, вырабатываемых листьями в процессе фотосинтеза, флоэмный сок густой, как мёд, и сочится вниз по флоэмной ткани — так сахароза распределяется внутри дерева. В конце своего пути флоэмный сок истощается и превращается в водянистую жидкость, которая запасается у основания дерева.
С флоэмой граничит ещё одна ткань — ксилема. В этой ткани содержатся питательные вещества и ионы, такие как кальций, фтор и железо, которые поглощаются корнями. Здесь, у основания дерева, таких веществ больше в одной ткани, чем в другой, поэтому вода из флоэмного сока впитывается в ксилему, и между тканями устанавливается баланс. В результате этого процесса, называемого осмосом, получается богатый питательными веществами ксилемный сок, который обычно течёт вверх по стволу и доставляет питательные вещества к листьям. Однако на пути встаёт серьёзное препятствие — сила притяжения. Чтобы справиться с этой неимоверной силой, ксилеме помогают три силы: транспирация, капиллярный эффект и давление в корне.
В процессе фотосинтеза у листьев открываются и закрывают поры, или устьица. Через эти щели в лист поступает углекислый газ и выходит кислород, но также через эти отверстия испаряется вода. В результате процесса испарения, называемого транспирацией, в ксилеме создаётся отрицательное давление и сок движется вверх по стволу. Движению способствует главное свойство воды — капиллярный эффект. В узких сосудах притяжение между молекулами воды и адгезия воды и окружающих поверхностей способны преодолеть силу притяжения. В полной мере капиллярный эффект наблюдается в волокнах ксилемы, которые тоньше человеческого волоса. Под действием этих двух сил, заставляющих течь древесный сок, у основания дерева возникает осмос, создающий давление в корневой системе, таким образом свежий ксилемный сок начинает движение вверх по стволу. Вместе эти силы способны доставлять сок на неимоверные высоты, распределяя питательные вещества и позволяя листьям расти и участвовать в фотосинтезе на большом расстоянии от корней.
Но несмотря на сложное устройство, каждый сантиметр дерева — это напряжённая борьба с гравитацией. По мере роста потоки ценных веществ начинают ослабевать. На определённой высоте деревья уже не могут позволить себе терять воду в результате фотосинтеза. А без фотосинтеза, который необходим для дальнейшего роста, дерево наоборот направляет ресурсы к уже́ существующим ветками.
Эта модель, известная как гипотеза гидравлического ограничения, на сегодняшний день является единственным объяснением, почему высота деревьев может быть ограничена, даже несмотря на благоприятные условия для роста. Применяя эту модель, а также скорости роста и известные данные о потребностях в питательных веществах и фотосинтезе, учёные рассчитали предельные размеры для определённых видов деревьев. На сегодняшний день эти границы не достигнуты: даже самое высокое дерево в мире почти на 15 метров ниже порога роста. Учёные всё ещё исследуют возможные объяснения этого предела, и возможно, не существует универсальной причины, почему деревья перестают расти. Но пока мы не получим новых данных, высота деревьев будет оставаться ещё одним примером того, как гравитация определяет жизнь на Земле.