چرا با تغییر فصل، برگ‌های بعضی از درخت‌ها زرد نمی‌شوند؟

در نیم‌کره‌ی شمالی زمین فصل برگ‌ریزان پاییز است. در همین فصل است که مردم از خانه‌ها بیرون می‌زنند تا هجوم برگ‌های زرد و قرمز و نارنجی را که طبیعت را به تسخیر خوددرمی‌آورند و هر ساله تکرار می‌شوند، تماشا کنند. اما در میان آن حجم رنگی و درخشان، درختانی هم هستند که با پایداری تمام، همچنان سبزی خود را حفظ می‌کنند. چرا درختان همیشه سبز از این منظره‌ی رنگارنگ فصلی جا مانده‌اند؟ در این مقاله‌ی کجارو سعی شده است تا پاسخی به این پرسش بدهد که چرا برگ بعضی از درختان زرد می‌شود و چرا بعضی دیگر، خیر؟

آنچه پیش از ریزش برگ‌ها در فصل زمستان به چشم تماشاگران طبیعت می‌آید، کلروفیل‌های زرد و نارنجی و قرمز برگ‌ها هستند. درختان همیشه سبز دسته‌ی مخروطیان (یعنی آن دسته از درختانی که دارای میوه‌هایی به‌شکل مخروط هستند)، شاخ و برگ‌های خود را در تمام طول سال حفظ و از استراتژی متفاوتی برای مقاومت در برابر سرما و فشارهای زمستان استفاده می‌کنند.

همیشه سبز بودن ربطی به استمرار فرایند فتوسنتز در طول زمستان ندارد. سرد شدن هوا، بر متابولیسم درختان مخروطی نیز مانند سایر گیاهان تاثیر می‌گذارد. در حقیقت، این درختان در روزهای سرد زمستانی بیشتر از همسایگان بی‌برگ و خزان‌زده‌ی خود فتوسنتز نمی‌کنند.

بهترین راه برای دانستن تفاوت درختان همیشه سبز با سایر درختان، توجه به هزینه‌ی تولید برگ‌ها است و از همه مهم‌تر اینکه، برگ‌های سوزنی به‌راستی برگ‌هایی اصلاح‌شده‌اند. چگونه درختان بین انرژی که برای رشد یک برگ صرف می‌کنند با انرژی که برگ از طریق فتوسنتز تولید می‌کند، توازن برقرار می‌کنند؟ به عبارت دیگر، چقدر طول می‌کشد که برگ‌ها هزینه‌ی ساخت خود را برای درختان جبران کنند و درختان از سرمایه‌گذاری خود روی رشد برگ‌ها، منفعت کسب کنند؟ گیاهان برگ‌ریز پاییزی باید سرمایه‌گذاری انجام‌شده روی شاخ و برگ‌های خود را تنها در یک فصل رویش جبران کنند. در مقابل، مخروطی‌های همیشه سبز، با حفظ برگ‌های سوزنی خود این امکان را به آن‌ها می‌بخشند که چندین فصل رویش را تجربه کنند و برای ایجاد توازن در ترازنامه‌ی انرژی درختان تلاش کنند. این همان منفعت اصلی سبز ماندن درختان است.

ماندگاری بیشتر برگ‌های درختان همیشه سبز به این معنی است که آن‌ها می‌توانند در شرایطی که عموزادگان برگ‌ریزشان قادر به ادامه‌ی فعالیت نیستند، همچنان زنده بمانند. در ارتفاعات و در عرض‌های جغرافیایی بالاتر، فصل‌های کوتاه‌تر و سردتر رویش می‌تواند به محدودشدن فعالیت‌های فتوسنتز بینجامد. خشکسالی نیز می‌تواند در کار فتوسنتز اختلال ایجاد کند. در صورت وجود هرکدام از این شرایط، شاید برگ به‌اندازه‌ای مهلت نیابد که بتواند انرژی کافی برای جبران هزینه‌های رشد خود برای درخت تولید کند.

شاید به همین خاطر باشد که مخروطی‌های همیشه سبز کوه‌ها و ارتفاعات و جنگل‌های سوزنی برگ شمالی را که در سراسر زمین‌های مرتفع قرار گرفته در عرض جغرافیایی در آلاسکا، کانادا و شمال اروپا گسترانده شده‌اند، به تسلط خود درآورده‌اند. درختان برگ‌پهن و برگ‌ریز عمدتا از چنین زیستگاه‌هایی مطرود می‌شوند. این به آن معنی است که آن‌ها نمی‌توانند بین سرمایه‌گذاری‌هایی که روی برگ‌های خود انجام داده‌اند و بازده‌ی ناشی از فتوسنتز آن‌ها، تنها برای یک فصل، توازن ایجاد کنند.

ماندگاری برگ‌های سوزنی همیشه سبز در میان درختان مختلف متفاوت است و بستگی به میزان تنش‌های موجود در فصل رویش دارد. برخی از درختان معتدل، مانند درختان کاج سفید که در مناطق جنوب انگلستان به‌وفور مشاهده می‌شوند، برگ‌های سوزنی‌شکل خود را تنها برای دو فصل رویش نگه می‌دارند. هرکدام از برگ‌های کاج سفید تنها یک بار زمستان را تجربه می‌کند و کمتر از سایرین، از استانداردهای همیشه سبز بودن برخوردار است.

بعضی از درختان سوزنی‌برگ، مانند صنوبر، حتی این اندازه هم عمر نمی‌کنند و تنها، هر پاییز، کل شاخ‌وبرگ‌های خود را روی چشم‌اندازهای زرد و طلایی می‌گستراند تا جلوه‌ای از شکوه و جلال پاییزی منطقه باشند. در مقابل، کاج‌های زبرمیوه که در ارتفاعات بالا در مناطق خشک جنوب غربی می‌رویند، تک‌تک برگ‌های خود را تا ۵۰ سال نگه می‌دارند.

با در نظر گرفتن تنش‌های ناشی از فصل رویش که برگ‌های سوزنی کاج تجربه می‌کنند، شاید عمر آن‌ها آن‌قدر طول بکشد که بتواند سرمایه‌گذاری انجام‌شده برای ساخت خود را از طریق فتوسنتز جبران کنند.

پایین آمدن دمای محیط و سرمای زیر صفر، ریسک سرمازدگی سلولی را برای برگ‌های سوزنی همیشه سبز به‌همراه دارد. این مسئله به‌خودی خود مسئله‌ای کشنده است. برای جلوگیری از سرمازدگی، مخروطی‌های همیشه سبز اقدام به انباشته‌سازی مقدار زیادی از مواد محلول معروف به سرمامحافظ در خود کنند تا نقطه‌ی انجماد آب موجود در سلول‌های خود را پایین‌تر آورند و از ساختار‌های سلولی اصلی خود محافظت کنند. این کار باید ضمن ایجادنکردن تداخل در امور متابولیسم انجام شود. سرما، برف و یخ در حال پیشرفت همراه با نیاز به طول عمر بیشتر، همگی، دست به دست هم می‌دهند تا سوزنی برگ‌های همیشه سبز همه انرژی خود را صرف مستحکم‌تر کردن سوزن‌های خود کنند. سختی برگ‌های این درختان با هم متفاوت است. به‌عنوان مثال، برگ‌های کاج سفید که از عمر نسبتا کوتاهی برخوردار هستند، ظرافت بیشتری هم دارند.

مواد فیبری که موجب پردوام‌ترشدن سوزن‌ها می‌شوند، به تاثیرگذاری بیشتر تلاش‌های درختان کمک و دوره‌ی موردنیاز برای بهره‌برداری از برگ‌های سوزنی را طولانی‌تر می‌کند. وزن سنگین برف می‌تواند منجر به شکسته‌شدن شاخه‌ها شود و این مشکل رایجی است که بیشتر درختان همیشه سبز با آن دست‌وپنجه نرم می‌کنند.

معمولا برف کمتری روی برگ‌های سوزنی درختان مخروطی که حالتی افتاده دارند در مقایسه با برگ‌های پهن درختان برگ‌ریز می‌نشیند. در واقع، درختان برگ‌ریز، شاخه‌های خود را بیشتر طی طوفان‌هایی که در پاییز و بهار رخ می‌دهند و از شدت کمتری برخوردار هستند، از دست می‌دهند تا در طوفان‌های زمستانی؛ چراکه در این فصل تقریبا هیچ برگی روی درختان باقی نمانده است. اگر تابه‌حال به این فکر کرده بودید که چرا رویش برگ‌های درختان برگ‌ریز در بهار زمان زیادی طول می‌کشد و در نتیجه، بهترین زمان خود برای رویش دوباره را از دست می‌دهند، این نکته را به خاطر داشته باشید که درخت‌ها نمی‌خواهند ریسک آسیب‌های احتمالی ناشی از یک طوفان شدید در بهارهای دمدمی‌مزاج را به‌جان بخرند.

شکل شاخه‌های درختان سوزنی برگ نیز متناسب‌ با بارش برف است. درختان تزیین‌شده‌ی کریسمس را در نظر بگیرید: به‌طور کلی، شاخه‌های این‌گونه درختان به‌سمت بیرون و پایین تنه منحرف شده است. نه‌تنها این موضوع، بلکه شاخه‌ها در این درختان بسیار انعطاف‌پذیرتر از شاخه‌های درختان برگ‌پهن هستند. انباشته‌شدن برف‌ها روی شاخه‌ها باعث سنگین شدن و خم‌شدن آن‌ها تا زاویه‌ای می‌شود که برف‌ها از روی شاخه‌ها به زمین سر بخورند.

در عرض‌های جغرافیایی میانی کره‌ی زمین، جایی در میان قطب و خط استوا که زمستان‌ها برف می‌بارد و فصل‌های رویش گیاهان عمدتا از آب‌وهوایی معتدل و مطلوب برخوردار هستند، درخت‌ها – صرف‌نظر از نوع آن‌ها – برای گذشتن از زمستان نیاز به یک استراتژی دارند. برخی از آن‌ها هر بهار شاخ‌وبرگ‌های جدید می‌سازند. گیاهان همیشه سبز خود را مجهز به شاخه‌ها و برگ‌های سوزنی می‌کنند که ویژگی‌های لازم برای بقا در زمستان را داشته باشند و بتوانند بهار سال بعد و حتی سال‌های بعد را هم ببینند.