يبدو لنا أننا نعرف ما هي الأشجار ، ولكن حتى على المستوى الجيني ، من الصعب جدًا تحديد ما يميزها تمامًا عن النباتات الأخرى
الصنوبر الشوكيقبل بضع سنوات ، بعد عشاء عيد الشكر في منزل والدي في فيرمونت ، ضرب البرق قيقبًا في فناء المنزل. سمعنا صدعًا فظيعًا ، والظلام خارج نافذة المطبخ للحظة أفسح المجال لضوء ساطع. وفقط في الربيع استطعنا التأكد من موت الشجرة.
كان هذا القيقب صغيرًا ، ولم يتجاوز جذعه قطر صفيحة الحلوى. لو لم تقطع حياته كارثة ، لكان قد عاش 300 عام. لكن الموت العرضي شائع في الأشجار. يحدث هذا في بعض الأحيان بسبب خطأ بشري فادح ، مثلما حدث في عام 2012 في فلوريدا ، تم
تدمير السرو المستنقع الذي يزيد عمره عن 3500 عام عن طريق الحرق المتعمد. غالبًا ما يأتي سوء الحظ في شكل طقس سيئ - الجفاف أو الرياح أو الحرائق أو الصقيع. وبالطبع تتأثر الأشجار بالطفيليات والأمراض. هجوم مثل الفطريات يمكن أن يقصر بشكل ملحوظ عمر الشجرة. لكن تلك الأشجار التي تمكنت من تجنب مثل هؤلاء الأعداء قادرة على العيش لفترة طويلة بشكل لا يصدق.
إذا جعلت شخصًا يصف ما يجعل الشجرة شجرة ، فعندئذٍ من بين العلامات الأولى ستكون هناك حياة طويلة وخشب وطول. في العديد من النباتات ، يكون متوسط العمر المتوقع محدودًا (يسمي العلماء هذا الشيخوخة المبرمجة) ، ولكن هذا ليس كذلك في الأشجار - حيث يعيش الكثير منهم بصعوبة لعدة قرون. هذه الخاصية ، نمو غير محدود ، يمكن أن تخدم العلم كعلامة لتمييز الأشجار ، حتى أكثر من الخشب. لكن هذا يساعد إلى حد ما. يبدو لنا أننا نعرف ما هي الأشجار ، لكنها تبدأ في الانزلاق من خلال أصابعنا عندما نحاول التعرف عليها.
لا يتم تجميع الأشجار معًا - تختلف نسبها ، وقد اكتسبت سمات مختلفة ، باستخدام استراتيجيات مختلفة لتصبح الطريقة التي نراها بها اليوم. خذ حياة طويلة. يعتبر حامل الرقم القياسي الحالي ،
شجرة الصنوبر الشوكية ، 5067 سنة ، التي تنمو في الجبال البيضاء في كاليفورنيا ، مثالًا كلاسيكيًا على متوسط العمر المتوقع لشجرة methuselah. تم بناء الأهرامات في مصر عندما كان عمر هذه الشجرة ما يقرب من 500 عام. يقترح العلماء أن أشجار الصنوبر الشائكة الصلبة تدين بمقاومتها للمكان الرئيسي للنمو: فهي تتجنب الحرائق التي تمر عبر الأراضي المنخفضة ، والطفيليات التي لا تعيش في ظروف قاسية تحت جبال الألب. تستخدم السيكوات العملاقة ، التي تنمو قليلاً تحت الجبال التي تنمو فيها أشجار الصنوبر ، نهجًا مختلفًا تمامًا لطول العمر. تعيش هذه الوحوش - التي يمكن أن يصل قطر جذعها إلى 10 أمتار - لآلاف السنين ، وتقاوم الحريق والطفيليات بمساعدة لحاء سميك ومقاوم والعديد من المواد التي تعمل كمواد طاردة.
على بعد حوالي 400 ميل إلى الشرق ، تعيش أشجار حية تبدو مثل دوارات على شكل مغزل تغلب على كل من أشجار الصنوبر من حيث الحياة والأخشاب الحمراء - مرة أخرى ، باستخدام استراتيجية مختلفة تمامًا.
الحور على شكل أسبن - شجرة يمكن احتضانها ونادراً ما تنمو فوق 15 م - ناجحة للغاية في إطلاق عمليات جديدة من الجزء السفلي من الجذع. ونتيجة لذلك ، ظهرت سلاسل ضخمة من "الأشجار" ، وهي في الواقع فرد واحد ، متحدًا بجذور تحت الأرض. يعتقد أن عمر مستعمرات الحور في ولاية يوتا يبلغ حوالي 80،000 سنة. ثم عاش على الأرض يعيش البشر البدائيون.
إذا أضفنا نسخًا مستنسخة إلى الاعتبار ، فستفقد الأشجار بسرعة أسبقيتها في طول العمر.
Royal holly هو شجيرة خضراء رائعة نشأت من تسمانيا (الشجيرات ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، لا تنتمي إلى الأشجار ، لأنها تفتقر إلى جذع مركزي وسائد). لا يوجد في العالم سوى عدد واحد من سكان هولي ، ويعتقد العلماء أن كل هذه الحيوانات مستنسخة. على الرغم من أنها تزهر في بعض الأحيان ، لم ير أحد ثمارها. أظهر تقدير حديث للكربون المشع لعمره أنه (هم؟) يبلغ من العمر 43000 عام على الأقل.
وهناك
شجيرة كروسوت تنمو في صحراء موهافي في كاليفورنيا ، والتي تسمى "ملك المستنسخين" ، ويبلغ عمرها 11.700 سنة. البحث عن علامات تجمع بين تعريف الأشجار ، طول العمر غير مرض على الإطلاق ، كما كتب فورستر
رونالد لانر في
مقال عام 2002 في مجلة Aging Research Reviews.
كان أندرو غروفر ، عالم الوراثة من محطة خدمة الغابات في جنوب غرب المحيط الهادئ في الولايات المتحدة ، ومقره في ديفيس ، كاليفورنيا ، يفكر أيضًا في الأشجار لفترة طويلة. يعترف بسرعة بأن التعرف عليهم يمثل مشكلة. كتب في عام 2005: "اذهب إلى الحضانة ، وستجد هناك نباتات مقسمة إلى فئات وفقًا لنوعها ووظيفتها ، بما في ذلك المجموعة التي تنتمي إلى" الأشجار ، "ما هي الجينات التي تجعل الشجرة شجرة؟" العلم. هذا التصنيف بديهي وعملي ولكنه غير طبيعي ".
كمثال ، يشير غروفر إلى الخشب باعتباره السمة المميزة للأشجار. يظهر خشب الأشجار "الحقيقية" (سنعود إليها لاحقًا) في عملية "النمو الثانوي" ؛ يسمح للأشجار بالنمو في السماكة وليس فقط في الارتفاع. حلقة الخلايا الخاصة المحيطة بالساق هي المسؤولة عن النمو الثانوي. يُطلق على أنسجة هذه الخلايا اسم
الكامبيوم ، وتنقسم في اتجاهين - إلى الخارج فيما يتعلق بالشجرة ، التي تصنع اللحاء ، والداخل ، مما يجعل الخشب. عامًا بعد عام ، يتم ترسيب الخشب في حلقات داخلية جديدة دائمًا ، حيث يضاف السليلوز
واللجنين الصلب والبوليمر الطويل. بعد التصلب ، تموت خلايا الخشب وتتحلل بالكامل تقريبًا ، تاركة جدرانًا صلبة فقط.
في النباتات الموجودة اليوم ، من المحتمل أن يكون للنمو الثانوي مصدر تطوري واحد ، على الرغم من أن
الذيلونات الصغيرة
والذيلان اليوم قد اخترعت نسختهم من هذه العملية منذ حوالي 300 مليون سنة ، مما سمح
للنمو lepidodendron المنقرض ، على سبيل المثال ، بالنمو إلى ارتفاع 35 مترًا. لكن وجود نمو ثانوي لا يؤدي إلى المظهر التلقائي للشجرة: على الرغم من مصدر واحد ، تظهر "الأخشاب" هنا وهناك ، في جميع أنحاء شجرة عائلة النباتات بأكملها. فقدت بعض مجموعات النباتات القدرة على تكوين الخشب ، وأحيانًا عادت هذه القدرة إلى الظهور في تلك الفروع التطورية حيث اختفت بالفعل. على ما يبدو ، تظهر هذه القدرة بسرعة أثناء التطور بعد استعمار النباتات للجزر. على سبيل المثال ، يوجد في هاواي البنفسج الشبيه بالأشجار ، وفي جزر الكناري توجد الهندباء الشبيهة بالأشجار.
مفهوم الشجرة نفسه مرن تمامًا ، وهو يتعارض مع الصلابة الحرفية لهذا المفهوم - تذكر السيقان الصلبة للمريمية أو اللافندر. إنها ليست مسألة حضور أو غياب ، إنها مسألة درجة. كتب هوفر مع زميل له في مقال نشر عام 2010 في مجلة New Phytologist مجلة "النباتات غير الشبيهة بالأشجار والأشجار الكبيرة مع الخشب تمثل طرفي التعدد ، ويمكن أن تؤثر الظروف البيئية على درجة تشابه الشجرة التي تظهر لبعض النباتات". "في الواقع ، المصطلحان" عشبي "و" شبيه بالأشجار "، على الرغم من أنه عملي تمامًا ، لا يعترفان بالتنوع التشريحي الهائل ووجود درجات مختلفة من تشابه الشجرة في النباتات التي تنتمي إلى فئة أو أخرى.
تقدم البيولوجيا الجزيئية أفكارًا معينة حول سبب الحفاظ على القدرة على توليد الخشب ، وغالبًا ما تظهر في عملية تطور النبات. كما أن الجينات المرتبطة بتنظيم نمو البراعم ، والتي توفر النمو "الرئيسي" للأشجار والنباتات الأخرى ، تنشط أيضًا أثناء النمو الثانوي لإنتاج الخشب. هذا يشير إلى أن الجينات الجديدة التي تنظم مظهر الخشب ، في عملية التطور ، امتصت الجينات الموجودة والحرجة بالفعل لنمو البراعم. قد يفسر أيضًا سبب الحفاظ على القدرة على إنتاج الخشب في النباتات التي لا تحتوي على خشب ، ولماذا ، من وجهة نظر تطورية ، فإن إعادة تمكين هذه القدرة أمر سهل للغاية.
ومع ذلك ، لكي تكون شجرة ، ليس من الضروري إنتاج الخشب. بين
أحادية الفصيلة ، وهي مجموعة ضخمة من النباتات التي فقدت القدرة على النمو مرة أخرى ، هناك بعض الممثلين الذين يشبهون الأشجار ليسوا أشجارًا "حقيقية" ، لكنهم بالتأكيد يشبهون الأشجار. ينمو الموز إلى ارتفاع كبير بمساعدة شيء يشبه الجذع ، ولكن في الواقع - على كتلة "برميل زائف" من قواعد الأوراق المعبأة بكثافة ومتداخلة مع بعضها البعض. يظهر ساق الموز الحقيقي فقط أثناء الإزهار والدفع والتبرز من الأوراق. ومع ذلك ، يمكن أن يصل ارتفاع أشجار الموز إلى 3 أمتار. تنمو عائلة أشجار النخيل ، المرتبطة أيضًا بالأشجار أحادية الفصيلة ، في الارتفاع ، وتنمو البرعم السميك الأصلي ، الذي يظهر في أعلىه برعم ضخم (لاحظ أن جذوع أشجار النخيل لا تتكاثف أثناء النمو).
بالنظر إلى كل هذا ، ليس من المستغرب أن التحليل الأخير لجينوم الشجرة يمكن أن يقول القليل عن السمات المحددة للشجرة. درس ديفيد نيال ، عالم الوراثة في جامعة كاليفورنيا ، ديفيس ، وزملاؤه وصف الجينوم لـ 41 نباتًا (بما في ذلك العنب) تم تسلسلها منذ
الحور الأسود في عام 2006. أظهر تحليلهم ، الذي نشر في العام الماضي في مجلة المراجعة السنوية لبيولوجيا النبات ، أن الأشجار التي تنتج ثمارًا صالحة للأكل غالبًا ما تحتوي على العديد من الجينات بشكل غير طبيعي في الجينوم المخصص لها لإنتاج السكريات ونقلها ، مقارنة بالأشجار التي لا تحتوي على ثمار صالحة للأكل. لكن الطماطم لديها أيضا. قامت بعض الأشجار ، مثل شجرة التنوب ، وشجرة التفاح ، وبعض أشجار الأوكالبتوس ، بتوسيع مجموعات أدواتها الجينية للتعامل مع مشاكل مثل الجفاف أو الصقيع. ولكن فعلت ذلك أيضًا بعض النباتات العشبية ، بما في ذلك السبانخ
ولبل اللبس ، Tal - وهو نموذج نباتي لزراعة الأعشاب الضارة في علم الأحياء يبدو أشبه بالشجرة قدر الإمكان.
حتى الآن ، لم يتم العثور على جينات أو مجموعة جينات مميزة للأشجار ، ولا توجد أي خاصية معينة للجينات. الصعوبة؟ لا: يوجد تكرار للجينات (غالبًا ما يُستخدم كعلامة على التعقيد) في جميع أنحاء المملكة النباتية. حجم الجينوم؟ لا: تم العثور على الجينوم الأكبر والأصغر في النباتات العشبية (
Paris japonica و
Genlisea tuberosa ، على التوالي - الأول هو نبات مذهل مع زهور بيضاء ، والثاني هو مفترس صغير يمسك وهو الأبسط).
أكدت المحادثة مع نيال أن الشجرة ربما تعتمد على الجينات المدرجة أكثر من الجينات الموجودة في الجينوم. وقال: "من وجهة نظر الجينوم ، فإن الأشجار بشكل عام لديها كل شيء تقريبًا مثل الأعشاب". - الأشجار كبيرة ولها خشب يمكنها استخراج المياه من الأرض وتسليمها عالية. ولكن لا توجد بيولوجيا محددة يمكن أن تفصل الشجرة عن العشب ".
ولكن على الرغم من صعوبات التصنيف ، فإن الانتماء إلى الأشجار له مزايا لا يمكن إنكارها. وهذا يسمح للنباتات بالاستفادة من الارتفاع ، حيث يمكنهم امتصاص أشعة الشمس وتوزيع حبوب اللقاح والبذور دون التعرض للعقبات مثل أقاربهم ، الذين ينمون بالقرب من الأرض ، والخبرة. لذلك ، ربما حان الوقت لبدء التفكير في كلمة "شجرة" كفعل ، وليس كاسم - "للزراعة" أو "لصنع شجرة". هذه إستراتيجية ، طريقة وجود ، مثل السباحة أو الطيران ، على الرغم من أنها بطيئة للغاية من وجهة نظرنا. "للشجرة" بدون خط نهاية محدد - حتى يدمرك الفأس أو الطفيلي أو برق عيد الشكر.