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Sep 27, 2023

On the Trails: 木から情報を絞り出す

Questa foto mostra una sezione trasversale di un tronco d'albero e puoi vedere che è asimmetrico.

この写真は木の幹の断面を示しており、木が傾いたときに引き起こされる非対称な成長を示しています。 （メアリー・F・ウィルソン／ジュノー帝国のために）

木材は、販売される商品や除去されるべき迷惑物ではなく、生物学的実体としてのものです。

メアリー・F・ウィルソン著

ジュノー帝国のために

いくつかの強風の後、トレイルの上には倒木がたくさんありました。 トレイルクルーはすぐに道を片づけ、私たちがその気になれば年輪を数えることができる木の幹の切り口を残しました。 それらの露出した年輪を見て、さらにいくつかの松のねじれた幹のことを考えたとき、私は木材について少し考えさせられました。木材は、販売される商品や除去されるべき迷惑物としてではなく、生物学的実体としてです。

年輪は木部組織（ギリシア語で木材を意味する言葉から植物学者がそう呼ぶ）の断面であり、いわゆる木材を構成しています。 温帯では、生きている木によって年輪が毎年作られます。 樹皮の下には形成層と呼ばれる特別な組織があり、木の中心に向かって木部細胞を置き、樹皮側には師部と呼ばれる他の組織を置きます。 師部は、葉によって合成された炭水化物を木の他の部分に運びます。 特別な水平方向の光線細胞がこれらの炭水化物を師部から木部に運びます。 木部組織は、根から葉への水とミネラルの輸送、支持、および水の貯蔵を提供します。 木が水柱を持ち上げることができる高さには（重力やその他の要因によって設定される）限界（400フィートから426フィートの間）があると考えられており、一部のセコイアの木はそれに近いものがあります。

一般に、年輪が広い場合は成長が良好な年を示し、年輪が狭い場合は成長が悪い年を示します。 春に置かれた最初の木材は、細胞が大きくて壁が薄いため、密度が低く、色が明るいですが、シーズンの後半には、より濃く密度の高い木材が追加されます。 この色のコントラストにより、年輪を数えるのが比較的簡単になります。 場合によっては、年輪が対称的ではなく、木の一方の側がもう一方の側よりも幅が広くなります。 傾いた木（たとえば、定期的に強い風圧にさらされたり、倒れた木が木に押し付けられた場合）は、圧力から離れた側により多くの木が発達し、木が直立して成長するのに役立ちます。

木部の各層には、デンプン貯蔵細胞などを含むさまざまな種類の細胞が含まれています。 しかしここでは、水圧の導水システムを構成するセルに焦点を当てたいと思います。 このパイプライン内の水の通過は、部分的には根が取り込む水の量によって、部分的にはパイプラインに沿った条件によって、そして主に上端の葉からの蒸発（植物学者によって蒸散と呼ばれる）によって制御されます。 水の分子は極性（プラス面とマイナス面がある）を持っているため、互いにくっつく傾向があり、これらの分子が葉から空気中に移動するときに水柱全体が引き上げられます。 パイプラインは非常に細く、パイプ側面との毛細管現象により水の移動は比較的容易です。 葉には気孔と呼ばれる開口部があり、水の移動を維持するために開いたり、水を節約するために閉じたりできます。 このシステムは、樹木が凍結融解サイクルにさらされると、凍結した液体が気泡を押し出し、水柱を壊して流れを止める傾向があります（動物の血管で時々形成される塞栓症）。 干ばつ時のように水の供給が少ない場合、問題はさらに悪化する可能性があります。

木が成長し老化するにつれて、古い木部は水を通さなくなり、暗くなります。 それはその支持機能と貯蔵機能を保持しています（私たちはそれを「心材」と呼びます）。 若い木材 (「辺材」) は水を伝導する機能がありますが、重要な構造支持体でもあります。

木材の密度は主に遺伝的に制御されている可能性がありますが、生育条件（日陰、土壌肥沃度、湿気など）も、水を放出する葉の表面と気孔の量、および導水細胞自体を含む水力システムの特性に影響を与える可能性があります。 ほとんどの樹木個体群は、遺伝的および環境的に可塑的なかなりの変動を示します。

針葉樹と顕花植物（被子植物と呼ばれ、木本種にはカエデ、ハンノキ、オークなどが含まれます）の水を導くパイプラインは異なります。 針葉樹のパイプラインは、紡錘形のセルである「仮道管」で構成され、両端が先細りで、側面に沿って多数の穴があります。 隣接する仮道管は互いにオフセットしていますが、それらの穴は一致しているため、水は一方から他方へとジグザグに流れます。 高い木では、水が葉に到達する途中で何千もの仮道管や対応する穴を通過することがあります。 これらの穴には、ある細胞から次の細胞への流れを制御する複雑な特殊な弁があり、これが仮道管の塞栓からの回復能力に寄与し、塞栓が仮道管から別の仮道に伝わるリスクを軽減します。 針葉樹の水輸送システムは比較的狭く、凍結融解サイクルに耐性があります。 針葉樹木部の構造的支持の大部分は仮道管に由来します。 これらの細胞は加齢とともに死滅しますが、伝導機能は何年も維持できます。

木本被子植物にも仮道管がいくつかありますが、構造繊維がサポートの大部分を担っており、（ほとんどの種で）主要な水を導くパイプラインは「道管」と呼ばれる細胞でできています。 これらの細胞は仮道管よりも円柱状で幅が広く、両端に大きな開口部があり、弁のような制御装置で保護されています。 それらは上下に並んでおり、水はパイプ内をまっすぐに移動できます。 この配置により、これらの植物は水の移動能力が向上すると考えられていますが、針葉樹よりも凍結融解サイクルに対して脆弱であるようです。 ある研究では、多くの被子植物種を比較した結果、輸送効率が高い種は塞栓耐性が低く、これらの違いは種の生息地における水の利用可能性に関連していることが判明した。 より多くの比較研究が行われると、環境状況に関連するさらに多くのバリエーションが確実に発見されるでしょう。

これらの油圧システムとその機能の詳細は、油圧エンジニアの領域です。

• メアリー F. ウィルソンは元生態学教授です。 「オン・ザ・トレイルズ」は毎週水曜日にジュノー帝国に現れます。

この画像は、顕花植物 (左) と針葉樹 (右) の導水細胞の図式的な比較を示しています。 (提供画像/KM Hocker)