Neue Studie: Riesige Tropenbäume transportieren Wasser problemlos bis in die obersten Äste

 (news.exeter.ac.uk)
1 Punkte von GN⁺ 5 시간 전 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Eine von der University of Exeter und der Cardiff University geleitete und in Science veröffentlichte Studie kommt zu dem Schluss, dass tropische Dipterocarp-Bäume von Weltklassegröße ihre internen Transportstrukturen anpassen, um Wasser bis in die obersten Äste zu befördern
  • Bisherige Theorien gingen davon aus, dass mit zunehmender Höhe der Aufwand für den Wassertransport steigt, was zu Wachstumsgrenzen und höherer Anfälligkeit für Dürren führt; die neue Studie zeigt jedoch, dass diese Belastung „vollständig kompensiert“ wird
  • Bei der Untersuchung von 7 bis 71 m hohen Dipterocarp-Bäumen im malaysischen Borneo zeigte sich, dass sich bei größeren Bäumen die Eigenschaften der wasserleitenden Gefäße und der Blätter an die Höhe anpassen
  • Die Forschenden maßen außerdem die Stammwachstumsraten vor, während und nach der starken El-Niño-Dürre 2023–2024; es fanden sich keine Hinweise darauf, dass hohe Bäume anfälliger waren als kleinere Dipterocarps
  • Da das größte 1 % der Bäume mehr als die Hälfte des oberirdischen Kohlenstoffs eines Waldes speichert, müssen einige Modelle zu den Auswirkungen des Klimawandels, die von einem schwachen hydraulischen System hoher Bäume ausgehen, möglicherweise überprüft werden

Widerlegung der Hypothese, dass Höhe den Wassertransport begrenzt

  • Eine neue Studie kommt zu dem Schluss, dass die größten tropischen Bäume der Welt kaum Probleme haben, Wasser bis in die obersten Äste zu ziehen
  • Bisherige Theorien erwarteten, dass es für Bäume mit zunehmendem Wachstum schwieriger wird, Wasser von den Wurzeln zu den Blättern zu transportieren, wodurch Wachstumsbeschränkungen und Dürreanfälligkeit zunehmen
  • Der Analyse zufolge kompensieren riesige Dipterocarps die durch ihre Höhe entstehende Belastung vollständig, indem sie ihre interne Wassertransportstruktur anpassen
  • Allein die Höhe eines Baums machte sein Wassertransportsystem nicht anfälliger für Dürre als das kleinerer Bäume; auch während schwerer Dürre traten keine höhenbedingten Wachstumsverluste auf

Wassertransportstruktur und Anpassung der Dipterocarps

  • Dipterocarp-Arten gehören zu den größten Blütenpflanzen-Bäumen der Welt und dominieren die Regenwälder Asiens
  • Bäume transportieren Wasser durch viele dünne, hohle Gefäße und erzeugen in der Krone niedrigen Druck, um Wasser nach oben zu ziehen
  • Diese Gefäße sind so angepasst, dass Wasser selbst bei dem extrem niedrigen Druck flüssig bleibt, der nötig ist, um es bis in Baumkronen von über 80 m Höhe zu bewegen
  • Das hydraulische System sehr hoher Dipterocarps hat sich entsprechend der Baumhöhe entwickelt; es zeigte sich, dass sie unter denselben Dürrebedingungen keine größeren Schäden erleiden als kleinere Dipterocarps

Feldmessungen im malaysischen Borneo

  • Die Forschenden untersuchten im malaysischen Borneo Dipterocarp-Bäume mit Höhen von 7 bis 71 m
  • An mehreren Stellen jedes Baums maßen sie verschiedene Merkmale, um festzustellen, wie hohe Bäume ihre Höhe kompensieren
    • Die wasserleitenden Gefäße in Bodennähe werden breiter
    • Die Blätter sind daran angepasst, vor dem Welken stärkeren Wasserstress auszuhalten
  • Zusätzlich maßen sie die Stammwachstumsraten vor, während und nach der starken El-Niño-Dürre 2023–2024

Auswirkungen auf Kohlenstoffspeicherung und Klimawandelmodelle

  • Das größte 1 % der Bäume speichert mehr als die Hälfte des oberirdischen Kohlenstoffs eines Waldes
  • Einige bisherige Prognosen gehen davon aus, dass hohe Bäume wegen eines schwachen hydraulischen Systems einem höheren Risiko ausgesetzt sind, durch Dürre zu sterben
  • Diese Annahme ist in einigen Modellen zu den Auswirkungen des Klimawandels enthalten
  • Die neuen Ergebnisse zeigen, dass diese Annahme möglicherweise nicht zutrifft, und dass weitere Forschung zu den hydraulischen Systemen und der Dürreresilienz anderer hoher Bäume nötig ist

Beteiligte und Informationen zur Studie

  • Co-Autor Palasiah Jotan erklärte, dass Dipterocarps die Regenwälder im malaysischen Borneo dominieren und zentral für die regionale Ökologie und Biodiversität sind
  • Er hofft, dass die Erkenntnis, dass auch die höchsten Dipterocarps gegenüber Dürre hydraulisch resilient sind, die Argumente für den Schutz dieser Wälder in einem sich wandelnden Klima stärkt
  • Zum Forschungsteam gehörten das Sabah Forestry Department, das UK Centre for Ecology & Hydrology, die University of Aberdeen sowie Einrichtungen aus Tschechien, Deutschland, Spanien, Brasilien und den USA
  • Die Forschung wurde vom Natural Environment Research Council unterstützt
  • Der Titel des Papers lautet „Height does not impair the hydraulic system of the tallest tropical Dipterocarp trees.“

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1 Kommentare

 
GN⁺ 5 시간 전
Hacker-News-Kommentare

  • Dieser Satz scheint das Phänomen ziemlich herunterzuspielen. Mit extrem niedrigem Druck ist hier in Wirklichkeit Unterdruck in der Größenordnung einiger bar gemeint, und die zentrale Schwierigkeit, Wasser flüssig zu halten, besteht darin, Kavitation zu vermeiden.
    In der Aufnahmeprüfung der École Polytechnique bin ich mit der Physik von Bäumen in Berührung gekommen, und das ist mir bis heute im Kopf geblieben: http://alainrobichon.free.fr/Concours/X_PC_PH1_01.pdf
    Soweit ich weiß, bearbeiten Studierende dieses Meisterstück auch 25 Jahre später noch als Übungsaufgabe.

    • Ich habe auch den concours durchlaufen, bin aber ziemlich eingerostet; wenn möglich, würde ich gern auch die Lösung sehen. Ein Veritasium-Video zu diesem Thema ist ebenfalls einen Blick wert: https://youtu.be/BickMFHAZR0

  • Ich baue gelegentlich Marihuana und Chilis an, und nachdem ich mich damit recht gut auskenne, ist mir klar geworden, dass Pflanzen viel flexibler sind, als man denkt. Deshalb überrascht mich dieser Artikel nicht besonders.
    Pflanzen schaffen am Ende, was nötig ist. Ich habe schon stark CO2 zugeführt oder mehr Nährstoffe gegeben und dadurch völlig neue Insektenökosysteme und Situationen entstehen lassen.
    Das ist so faszinierend, dass ich eigentlich so ein Leben führen möchte. Ich bin Informatiker, aber inzwischen vermisse ich die Pflanzenwissenschaft.
    Wenn ihr interessiert seid, empfehle ich dringend Entlaubungsstrategien und Methoden für Low-Stress-Training. Pflanzen sind keine dummen Lebewesen, die erzielbaren Ergebnisse sind erstaunlich, und die Wissenschaft über das Wesen der Pflanzen wird jeden Tag tiefgehender.

    • Ich studiere nebenbei per Fernstudium einen Bachelor in Gartenbauwissenschaften; wenn du dich eher für das Ziehen von Pflanzen interessierst, passt Gartenbau wohl besser als Botanik. Wenn dich stärker interessiert, wie Pflanzen funktionieren, ist Botanik besser, aber natürlich lernt man auch in einem Gartenbau-Studium viel Botanik.
    • Während ich sehe, wie große Teile der Software vereinnahmt werden, interessiere ich mich immer mehr für Biologie. Sie wirkt wie eine der späten Frontier-Bereiche, in denen sich große Gewinne erzielen lassen, und KI scheint sehr gut dazu geeignet zu sein, Biologie zu verstehen.
    • Es scheint auch ein Feld namens computergestützte Pflanzenwissenschaft zu geben, in dem virtuelle Pflanzen modelliert werden.
    • Computational Biology wäre ebenfalls eine Überlegung wert. Das Feld sucht ständig Leute, und Knuth sagte früher einmal, in der Biologie gebe es noch enorm viele offene und nützliche Probleme zu lösen.
    • Wenn man sieht, dass die Blätter riesiger Bäume nicht vertrocknet sind, sollte eigentlich niemand überrascht sein.

  • Tatsächlich widerspricht das bestehenden Studien und Messungen zu großen Bäumen. Dieser Artikel scheint nur bis etwa 80 m betrachtet zu haben, und außerdem gibt es weltweit genau 0 Bäume, die höher als 130 m sind [1].
    Die im Artikel erwähnten breiten Kapillaren am Stammfuß scheinen irrelevant zu sein.
    [1] https://www.sfgate.com/science/article/REDWOODS-How-tall-can...

    • Intuitiv ergibt das auch wenig Sinn. Wo gibt es im Regenwald 500-m-Bäume? Trotzdem könnte es ein großartiges Ziel für Molekularbiologie und Gentechnik sein.
      Bevor wir mit der Bearbeitung der menschlichen Keimbahn anfangen, sollte unsere Zivilisation in solchen Technologien viel geübter werden, und irgendwann werden wir die menschliche Keimbahn wohl doch bearbeiten wollen. Im Moment zeigen wir große Zurückhaltung, aber wer weiß, wie lange das anhält. Jedenfalls wäre ein 1.000-m-Baum wirklich großartig.
    • Könnten nicht beides wahr sein? Wassertransport ist vielleicht nicht der begrenzende Faktor, sondern etwas anderes.

  • Kurzgesagt hat zwei Videos über Bäume und solche Fragen.
    https://m.youtube.com/watch?v=ZSch_NgZpQs
    https://m.youtube.com/watch?v=pHJIhxZEoxg

  • Ich würde von vornherein nicht erwarten, dass es ein Problem gibt. Es wirkt nur dann wie ein Problem, wenn man sich naiv vorstellt, dass es im Baum ein offenes Rohr gibt, das von oben bis unten durchgeht.
    Eine Eimerkette funktioniert gleich, egal ob sie 10 oder 100 Stockwerke hinaufgeht. Dasselbe gilt für ein System, das Ventile öffnet und schließt.
    Wasser aus einem Eimer auf einer Etage in den Eimer auf der nächsten Etage zu pumpen, ist einfach; dann wiederholt man das auf der nächsten Etage. Da es keine zusammenhängende Wassersäule gibt, wirkt sich der Druck der vielen darüberliegenden Stockwerke nicht aus.

  • Der größte überlieferte Baum wird unter anderem deshalb verworfen, weil er theoretische Grenzen überschreitet: https://en.wikipedia.org/wiki/Nooksack_Giant
    Schade, dass dieser Baum zusammen mit fast allen riesigen Douglasien gefällt wurde.

    • Die Barbarei des Menschen ist nichts Neues.
      Auf dem Schild stand, dass der Nooksack-Baum 96.345 board feet Holz von „höchster Qualität“ lieferte.
      Die New York Times bezeichnete den Baum in ihrer Ausgabe vom 7. März 1897 als „die prächtigste Tanne, die je ein menschliches Auge gesehen hat“, und nannte seine Zerstörung eine „wirklich erbärmliche Geschichte“ und ein „Verbrechen“.
      The Morning Times behauptete am 28. Februar 1897, dass das Holz, wenn man es in 1 Zoll breite Streifen sägte, „von Whatcom bis China“ reichen würde.
    • Es heißt, dass Moos an Bäumen in gemäßigten Regenwäldern es den Bäumen ermöglicht, Wasser aus den Ästen statt aus dem Boden zu beziehen, und so ihre maximale Höhe erhöht.
      Eine Zeit lang gab es Leute, die diese Moose wilderten; problematisch ist, dass Moos nur wenige Zoll pro Jahr wächst.
    • Ich habe diesen schönen Baum[1] vor ein paar Wochen gesehen. Er ist keine 400 ft hoch, aber mehr als halb so hoch, und sein Stammumfang beträgt über 13 ft.
      Es ist ein Glück, dass es auf Vancouver Island noch einige große Douglas Firs, Sitka Spruces und Western Red Cedars gibt.
      [1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Big_Lonely_Doug

  • „Riesige Bäume haben kein Problem damit, Wasser bis in die obersten Äste zu pumpen“, heißt es – möglicherweise, weil sie Wasser von vornherein gar nicht wirklich pumpen

    • Wie sollte man es dann nennen?

  • Umgekehrt gewinnen viele Riesenbäume Wasser aus der Luft über Nebel
    Die Kondensation von Küstennebel deckt einen erheblichen Teil des Wasserbedarfs der Bäume[23]
    https://en.wikipedia.org/wiki/Sequoia_sempervirens#Fog_and_f...
    https://en.wikipedia.org/wiki/Sequoia_sempervirens

    • Ähnlich erstaunlich finde ich immer noch die Tatsache, dass alle Bäume aus Luft bestehen, genauer gesagt aus dem darin enthaltenen Kohlenstoff. Früher dachte man, Biomasse käme aus dem Boden; die Realität ist interessanter
    • Sequoia ist wegen der Schwerkraft weiterhin in der Höhe begrenzt, vermutlich aufgrund des Kapillardrucks [1]
      Wenn sie sich mit einer segmentierten Struktur entwickelt hätte, könnte sie vermutlich höher wachsen
      [1] https://www.sfgate.com/science/article/REDWOODS-How-tall-can...
    • Es gibt auch die Theorie, dass die Moose dieser Bäume nicht einfach Epiphyten sind, sondern in Mutualismus leben: Das Moos speichert Feuchtigkeit, und der Baum kann auf diese Feuchtigkeit zugreifen

  • Alle unterschätzen immer noch strukturiertes Wasser
    Ich räume ein, dass das umstritten ist und außerhalb des Labors von Gerald Pollack an der University of Washington nur von wenigen Laboren reproduziert wurde, aber es gibt solide Anhaltspunkte dafür, dass es beim Transport von Wasser und Saft bis in die Baumkronen eine Rolle spielen könnte. Zumindest ist es an der in hydrophilen Röhren induzierten Bewegung beteiligt, wenn genügend Umgebungs-Strahlungsenergie vorhanden ist, also UV/IR
    Verwandte Arbeiten:
    “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
    Pollack-Website: https://www.pollacklab.org/
    Kritik an Pollacks Theorie:
    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)

    • Schade, dass ich es nicht gespeichert habe, aber vor sehr langer Zeit gab es auf Usenet sci.physics ein wirklich lustiges Thema. Es ging darum, dass, wenn zu etwas genügend Gegenbeweise gesammelt wurden oder es dem akzeptierten Konsens widerspricht, weitere Forschung nicht mehr erlaubt und neue Belege nicht mehr zugelassen würden
      In diesem Thread sollte man solche Punkte auflisten, und die Liste wuchs auf Hunderte Einträge an. Obwohl es viel absurdere Punkte gab, konnten sich die Leute nicht zurückhalten, wütend zu werden, sobald sie ihr persönliches Triggerwort sahen
      Das hier kann man wohl unter Homöopathie einordnen

  • Ich verstehe nicht, warum man glaubt, dass Bäume Wasser nicht über eine bestimmte Grenze hinaus nach oben transportieren können. Alles, was nötig ist, ist ein Ventilsystem, und Pflanzen haben so etwas bereits für andere Zwecke. Dass Bäume buchstäblich dadurch begrenzt sein sollen, dass sie Wasser ansaugen, ergibt keinen Sinn. Wenn das so wäre, müssten die meisten Bäume schon bei Höhen scheitern, die sie problemlos überschreiten
    Ich glaube eher, dass Bäume heute einfach nicht mehr so groß werden. Gewöhnliche Bäume wie Fichten scheinen bis 100 m kommen zu können, tun es aber einfach meist nicht
    Eine Möglichkeit ist Nährstoffmangel. Ich persönlich halte aber die Abwesenheit von Elefanten für die Ursache. Elefanten haben junge Bäume immer wieder beschädigt, und nur die wenigen, die Glück hatten und überlebten, konnten riesig werden. Vielleicht sind Redwoods ja dadurch entstanden, dass indigene Völker junge Bäume entfernten und alte stehen ließen

    • „Alles, was nötig ist, ist ein Ventilsystem“ würde zwar funktionieren, scheint aber nicht der tatsächliche Mechanismus zu sein. Laut diesem Veritasium-Video liegt es an Unterdruck, also an Zugspannung
      https://www.youtube.com/watch?v=BickMFHAZR0
      Empfehlenswert. Ich halte es für eines der besten Veritasium-Videos, die Derek gemacht hat
    • War die CO2-Konzentration von 250 ppm in der Atmosphäre vor Beginn der industriellen Revolution geologisch gesehen nicht ein historischer Tiefstand?
      Neuere alte, hohe Wälder kamen auch auf einer kälteren Erde gut zurecht, also ist das vielleicht nicht besonders relevant
      Trotzdem kann man sich leicht vorstellen, dass eine wärmere, feuchtere Erde mit höherer CO2-Konzentration in der Atmosphäre das Wachstum höherer Bäume begünstigt hätte
      Andererseits ist das nicht mein Fachgebiet, also weiß ich vielleicht gar nicht wirklich, wovon ich rede