En ny modell för att beräkna trädens kolupptag illustrerar varför stora träd kan vara mer känsliga för torka. Den tidigare modellen baserades på Leonardo da Vincis regel för trädstruktur. Men regeln stämmer inte, visar forskare från SLU och Bangor University.
Leonardo da Vinci utvecklade en regel som beskriver trädens struktur till stöd för hur man avbildar träd. Da Vincis regel har i stor utsträckning anammats av vetenskapen när man modellerar träd och hur de fungerar.
Nu har forskare vid Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och Bangor University i Storbritannien upptäckt att denna regel strider mot de regler som styr trädens inre strukturer.
Da Vincis intresse för teckning ledde honom till att titta på storleksförhållanden för olika objekt, inklusive träd, så att han kunde skapa mer exakta representationer av dem. För att korrekt återge träd använde han sig av en så kallad "trädregel" som säger att "alla grenar på ett träd vid varje steg av dess höjd är lika tjocka som stammen när de sätts ihop".
Man hade trott att Leonardos "trädregel" också kunde tillämpas på de kärlkanaler som transporterar vatten genom ett träd, där de enskilda kanalernas storlek minskar i samma förhållande när grenarna blir smalare, samtidigt som de fortfarande adderar till stammens volym. Denna "regel" har accepterats som en del av den metaboliska skalningsteorin.
Men forskare från SLU och Bangor University har i en artikel i den ansedda tidskriften PNAS (18 september 2023, Vascular optimality dictates plant morphology away from Leonardo’s rule | PNAS) visat att denna modell inte är helt korrekt när den tillämpas på trädens inre kärlstrukturer.
För att vatten och näringsämnen ska kunna röra sig effektivt genom trädet, från rot till bladspets, måste kärlsystemet upprätthålla ett "hydrauliskt motstånd".
Ruben Valbuena, SLU, och Stuart Sopp, Bangor University, har beräknat att om hydrauliskt motstånd ska fungera kommer det att finnas en punkt där "trädregeln" inte längre kan gälla.
För att effektivt kunna transportera vätskor från rötter till bladspetsar måste ett träds kärlkanaler hålla en viss dimension för att bibehålla det hydrauliska motståndet. Därför måste växten minska i volym när den når sina extremiteter, vilket leder till en högre andel kapillärer i förhållande till den omgivande växtmassan.
Som Dr Ruben Valbuena (hedersprofessor vid Bangor University och nu professor vid SLU) förklarar:
– Även om det är ett bra "tips" för konstnärer, vilket är vad Da Vinci avsåg, så håller Leonardos trädregel inte på mikronivå.
– Vi anser att våra beräkningar ytterligare förfinar teorin om metabolisk skalning och förbättrar förståelsen av växtsystemet som helhet. Våra nya beräkningar kan också förklara varför stora träd är mer känsliga för torka och också kan vara mer sårbara för klimatförändringar.
Medförfattaren Stuart Sopp, doktorand i miljövetenskap vid Bangor University, förklara hur den nya kunskapen kommer till användning.
– Ett av våra mål var att ta fram en kvot som kan användas för att uppskatta trädbiomassa och kol i skogar. Denna nya kvot kommer att bidra till beräkningen av trädens globala koldioxidupptagning.