چرا درختان برگ های متفاوتی دارند؟

بعد- برگ افرای کانادایی پنجه دار، شاخه دار و نمادین. یک برگ نخل بزرگ و سرسبز فلوریدا. احتمالاً می توانید بسیاری از اشکال برگ های مختلف را از مکان های مختلف به خاطر بسپارید. اما آیا می دانستید که فضاها به ایجاد اشکال مختلف برگ کمک می کنند؟

بر اساس گزارش واشنگتن پست، دن چیتوود، زیست‌شناس و دانشیار دانشگاه میشیگان که متخصص رشد برگ است، می‌گوید: «هر برگ داستانی دارد و درون هر برگ انواع و اقسام داستان‌ها وجود دارد. ویژگی های بصری یک برگ، اندازه یا شکل لبه های آن، می تواند به بیان داستان آن، از جمله شرایط رشد و حتی ردپای تاریخ تکامل آن کمک کند.. می توانید به دو صفحه نگاه کنید. به نظر شما کدام یک از آب و هوای گرمتر می آید؟ برگ A یک برگ گرد و مسطح با رگبرگ های ساده و مساوی را نشان می دهد که از یک ساقه مرکزی به سمت پایین بیرون می زند. برگ B یک برگ خوشه ای شکل با دندانه های اره مانند در لبه ها و رگبرگ هایی را نشان می دهد که از ساقه مرکزی منشعب می شوند و سپس بیشتر تقسیم می شوند. به عبارت ساده، برگها از مکانی به مکان دیگر متفاوت هستند.

دان پپه، دانشیار دانشگاه بیلور که در مورد چگونگی مطالعه می‌گوید: “همه ما به طور مستقیم این را می‌دانیم، درست است؟ می‌دانیم که اگر به مکان‌های مختلف برویم، گیاهان متفاوت خواهند بود و اغلب گیاهان متفاوت خواهند بود.” آب و هوا بر تغییرات آب و هوا تأثیر می گذارد. ویژگی های برگ چون آب و هوا متفاوت است. “گیاهان واقعاً شاخص های جالب و حساس اکوسیستم هستند.”

“شکل برگ” چیست؟

همه چیز از صافی سطح برگ گرفته تا ساختار آوندی و نحوه تقسیم بندی آن بخشی از عملکرد آن است. حتی درختانی از یک گونه می توانند برگ هایی داشته باشند که در آب و هوای مختلف بسیار متفاوت به نظر می رسند. علاوه بر شکل و ساختار کلی رگبرگ های برگ، ضخامت، اندازه سلولی و ساختار برگ نیز مهم است. هر یک از این ویژگی‌ها یک انطباق یا بهینه‌سازی است که به برگ‌ها کمک می‌کند نور خورشید را جذب کنند، آب را پراکنده کنند، اتلاف گرما را تنظیم کنند، آفات را دفع کنند، یا یکی از بسیاری از مشکلات دیگر مختص محیط برگ.

به گفته پپه دو عامل اصلی که بر شکل برگ تأثیر می گذارد، تاریخچه تکامل و محیط است. مانند آن حتی در آمریکای شمالی، همان گونه افرا قرمز می تواند در شرایط دمایی متفاوت برگ های بسیار متفاوتی داشته باشد. در یک مطالعه، محققان بذر افرا قرمز را از انتاریو در فلوریدا و بذر افرا قرمز فلوریدا را در رود آیلند کاشتند. آنها دریافتند که دانه های انتاریو که در فلوریدا رشد می کنند، برگ هایی با ویژگی های خاص آب و هوای گرم تولید می کنند. برعکس، دانه‌های فلوریدا که در رود آیلند رشد می‌کنند، برگ‌هایی با ویژگی‌های آب و هوایی خنک‌تر تولید کردند. شکل نرم تر برگ ها در هوای گرم با دندانه های بیشتر و نوک دندانه دار تیزتر می شد.

آنچه ما می بینیم این است که برخی از گیاهان همان چیزی هستند که ما آن را گیاهان پلاستیکی می نامیم. آنها می توانند با شرایط آب و هوایی مختلف سازگار شوند. مطالعات دیگر همبستگی هایی مانند عرض جغرافیایی و شکل (نزدیکتر به استوا = برگ های ساده تر)، دما و دندان ها (آب و هوای سردتر = دندان های بیشتر) و رطوبت و اندازه (محیط مرطوب تر = برگ های بزرگتر) را نشان داده اند.

چرا شکل های مختلف برگ وجود دارد؟

دانشمندان نمی دانند چرا شکل برگ ها اینقدر متنوع است. با این حال، آنها ایده هایی را در این زمینه مطرح کرده اند. هدف اصلی برگ فتوسنتز یا استفاده از نور برای تبدیل دی اکسید کربن به قند و اکسیژن است که تقریباً از همه موجودات زنده پشتیبانی می کند.

اریکا ادواردز، استاد بوم شناسی و زیست شناسی تکاملی که به مطالعه چگونگی بهینه سازی گیاهان برای فتوسنتز می پردازد، می گوید: “این برگ های مختلف کار بسیار مهمی انجام می دهند. آنها اساس زندگی روی زمین هستند.” ادواردز چندین نظریه احتمالی در مورد شکل برگ ارائه کرد، از جمله اینکه پیکربندی لوب ها ممکن است بر جریان هوا و جذب دی اکسید کربن تأثیر بگذارد، یا اینکه فصول رشد کوتاه تر در آب و هوای سرد ممکن است رشد برگ را در اطراف سیستم آوندی متمرکز کند و این رشد باعث تقویت لوب شود.

تیم او فرضیه جدیدی به نام “بسته شدن جوانه” ارائه کرد که در آن اشکال خاص لوب اجازه می دهد تا برگ های ریز درون جوانه ها فشرده تر و تقریباً شبیه اوریگامی شوند. به گفته یان رایت، که رابطه بین اندازه برگ و آب و هوا را مطالعه می کند، اندازه یکی از ویژگی هایی است که دانشمندان به خوبی آن را درک می کنند. رایت می گوید رگه‌های وسیع و بزرگ در جنگل‌های بارانی نور خورشید را بیشتر جذب می‌کنند اما آب بیشتری را برای خنک کردن سطح بزرگ از دست می‌دهند. این تعویض به خوبی کار می کند زیرا آب زیادی وجود دارد. اما در جنگل‌های شمالی خشک‌تر و سردتر، تنظیم حرارت مشکل بزرگ‌تری است.. درختان کاج در اینجا دسته‌هایی از برگ‌های سوزنی‌مانند بسیار نازک دارند که یکدیگر را عایق می‌کنند.

در نهایت، بهترین شکل برگ وجود ندارد و انواع مختلف برگ ممکن است حتی در یک محیط به خوبی کار کنند. به عنوان مثال، ساسافراس، یک درخت زینتی با پوست صاف و برگ های معطر بومی شرق ایالات متحده، دارای سه شکل برگ مختلف در یک درخت است. سوزان پل، مدیر اجرایی باغ گیاه شناسی ایالات متحده می گوید: “هیچ مزیت تکاملی یک گونه نسبت به گونه دیگر وجود ندارد.” او می گوید در این مورد، اشکال مختلف ممکن است بقایای ژنتیکی فرآیند انتخاب طبیعی باشند.

وقتی آب و هوا تغییر می کند چه اتفاقی می افتد؟

برخی از درختان می توانند قرن ها زندگی کنند، اما اگر محیط آنها کمتر مهمان نواز شود، در جایی که هستند گیر می کنند و کاری جز رنج انجام نمی دهند. چیتوود می‌گوید به این ترتیب، آنها به‌عنوان «سگ‌های ناظر تغییرات آب و هوایی» عمل می‌کنند.

ادواردز می گوید: «نتایج تحقیقات اخیر نشان می دهد که گیاهان به شدت تحت تأثیر تغییرات آب و هوایی جهانی، به ویژه دمای بالا و خشکسالی قرار خواهند گرفت».

ادواردز گفت که گیاهان میلیون‌ها سال است که در واکنش به تغییرات آب و هوایی به دلیل نحوه پراکندگی دانه‌ها در سرتاسر جهان تغییر می‌کنند، اما این تغییر به سرعت تغییرات آب و هوایی که اکنون شاهد آن هستیم، نیست.

می گوید: “درختان می توانند برگ های خود را برای زنده ماندن بهتر تغییر دهند، اما محدودیت هایی دارندچیتوود می‌گوید: “وقتی به تغییرات آب و هوایی فکر می‌کنم، اولین چیزی که به ذهنم می‌رسد گیاهان هستند، زیرا بقای انسان از جهات مختلفی به گیاهان بستگی دارد. اگرچه تغییر در محیط رخ می‌دهد، اما این واکنش گیاهان به آن تغییر است که در نهایت بر آن تاثیر می‌گذارد. برگها به عنوان یک پیام در سراسر این چرخه بزرگ عمل می کنند.