Dünyanın en uzun ağacı bir sahil sekoyası (Sequoia sempervirens); “Hyperion” adı konulan ve ABD’de Kaliforniya Redwood Ulusal Parkı'nda bulunan bu ağacın boyu tam olarak 115,92 metre, yani bir futbol sahası uzunluğunda. Onu 102,10 metreyle, Yarlung Tsangpo Büyük Kanyonu’ndaki bir Tibet servi ağacı (Cupressus torulosa) izliyor. Üçüncülükse 100,8 metre boyuyla Borneo’daki bir meranti ağacında (Shorea faguetiana).

Peki neden 120-130 metreden daha yüksek, 500-600-700 metrelik ağaçlara rastlamıyoruz hiç? İşin ilginç yanı aynı şey ağaç fosilleri için de geçerli; onlarda da bu sınırdan daha yüksek ağaç kalıntılarına rastlamıyoruz. Mineral yönünden zengin ve sulak topraklardaki bir ağacı bulutlara değene kadar uzamaktan alıkoyan şey ne?

Yanıt yerçekimi elbette; ama yerçekiminin, ağaçları neden daha kısayken değil de ancak 110-120 metreye ulaştıklarında engellediğini anlamak için, onların dolaşım sistemine bakmamız gerek.

Biliyorsunuz bedenlerimiz, 5 mikrometre çapında kılcal damarlardan 3 santimetre çapındaki aorta kadar farklı çaplarda bir damar ağıyla kaplı. Metabolizmamızın sürekliliği için gereken ve kan akışıyla taşınan oksijen, glukoz, amino asit ve yağ asitleri, vitaminler, mineraller, hormonlar ve bağışıklık hücreleri bu ağ aracılığıyla bedenimizin her köşesine ulaşıyor. Bu akışın pompasıysa kalbimiz; kütlesi olan her nesneyi kendine doğru çeken yerçekimine karşı kanın damarlarda yukarı yönlü hareket edebilmesi kalbin sağladığı kinetik enerjiyle mümkün olabiliyor.

Ancak ağaçların suyu pompalayacak bir kalbi yoktur; peki o zaman topraktaki su ve mineral çözeltilerini 120 metre yükseğe kadar itebilen kuvvet nedir? İşin doğrusu, suyu yukarı iten değil yukarıdan çeken bir kuvvet vardır ve bunu yaratan da suyun kohezyon (birleşme) ve yapışma (adezyon) özellikleri sonucu ortaya çıkan yüzey gerilimidir.

Su moleküllerinin, bitişik su molekülleriyle hidrojen bağı kurarak birbirine tutunmasına kohezyon, başka türden moleküllerle tutunmasına adezyon adı verilir. Su, hava basıncının etkisi ve adezyon özelliği sayesinde su dolu bir deney kabı içine yerleştirilen kılcal boruda yukarıya doğru “tırmanabilir”. Kılcal hareket olarak bilinen ve yerçekiminin ters yönündeki yukarı yönlü bu hareket, su molekülleri arasındaki etkileşimin (kohezyon) yanı sıra su molekülleriyle tüpün cam duvarları arasındaki çekime de (adezyon) bağlıdır.

Selüloz Damarlar

Ağaçların gövdesi de tıpkı insan bedeni gibi dolaşım ağlarıyla kaplıdır. Bu ağlardan ilki  “ksilem” adı verilen ve odunsu bir yapıya sahip olan selüloz kılcal damarlardan oluşur; bunlar, su ve minerallerin köklerden yapraklara taşınması görevini yerine getirir. “Floem” adı verilen damarlardan oluşan diğer ağsa, aminoasitleri ve fotosentez sonucu oluşan glikozu, aşağı ya da yukarı yönlü, diğer kısımlara taşıyarak bitkinin canlı kalmasını, büyümesini sağlar.

Suyun selüloz (ksilem) damarlarda yukarı yönlü hareket etmesini mümkün kılan, bunların birkaç mikrometre çapından daha geniş olmamasıdır (mikrometre: metrenin milyonda biri).

Yaprakların, fotosentez yapabilmek için ışığa, karbondioksite ve suya gereksinimi vardır. Havadan alınan karbondioksit molekülleri yaprağın altında bulunan ve "stoma" adı verilen gözeneklerden içeri alınır. Gözeneğin iç çeperleri selüloz liflerinden bir dokuyla kaplıdır; aralarındaysa suyun hareket ettiği kanallar yer alır. Stoma ağacın içinde boydan boya uzanan damarların en uç noktasıdır. Köklerden başlayan bir su damarı yukarıda her ayrı bir dala çatallandığında çapı da daralarak stomaya dek ilerler. Bu yolculuk boyunca suyun yerçekimiyle aşağı çekilmesini engelleyen etkenlerden biri, su moleküllerinin bu selüloz duvarlara sıkıca tutunmasıdır. Bir damarın çapı havayla temas ettiği gözenekte 10 nanometreye kadar düşmüştür. Bu noktada damardaki suyun dış yüzeyi hava basıncıyla aşağı doğru hafifçe bel vererek kase şeklini alır. Güneşten gelen fotonlar çarptıkça yüzeydeki kimi su moleküllerinin enerjisi yükselir ve buharlaşarak yüzeyden kopar (transpirasyon, bitki terlemesi). Enerjisinin bir kısmını komşu moleküllere kenetlenmek için kullanan su moleküllerini birbirine bağlayan yüzey gerilimi, alttaki daha hareketli (yani enerjisi  daha yüksek) moleküllerden birini, oluşan boşluğu doldurmak üzere yukarı çeker (bir çeşit negatif basınç etkisi gibi düşünebilirsiniz). Yukarı çekilen molekülün boşluğunu onun altındaki, onun yerini daha alttaki su molekülü doldurur ve kökten başlayarak tüm damar boyunca su molekülleri bir “üst kata” geçer. Bunun bir gün içinde trilyonlarca su molekülü için gerçekleştiğini göz önüne alınca, çok yavaş da olsa köklerden ağacın en uç yapraklarına kadar hiç kesilmeyen bir akış olduğunu görüyoruz.

Görüldüğü gibi, sonuçta tüm ağaçlar topraktaki suyu alıp bir kısmını fotosentezde kullandıktan sonra kalanını gözeneklerden gökyüzüne salan su tulumbaları gibidir; milyonlarca damardaki yüzey gerilimi yerçekiminin büyük gücüne karşı üstünlük sağlamıştır. Ancak bu müthiş düzeneğin sihri bir noktadan sonra bozulur. Suyu daha fazla yukarı çekecek gerilimi yaratmak için damarların ve gözeneklerin gitgide küçülmesi gerekir. Gözenekler küçüldükçe karbondioksitin emilmesi de giderek zorlaşır; bu da  fotosentez için daha az hammadde olması anlamına gelir. Bu yüzden bir ağacın 120-130 metreden daha yüksek boylara ulaşması olanaksız.

Sıcakkanlı Hayvanlar

Benzer bir sınırlama, yaşadıkları iklim ve metabolizma hızlarına bağlı olarak sıcakkanlı hayvanlar için de geçerlidir. Endotermik yani sıcakkanlı hayvanlar metabolizma işlevleri sonunda ortaya çıkan ısıyı dışarı salmak yani soğumak zorundadır, çünkü sıcakkanlıların metabolizmaları yalnızca dar bir sıcaklık aralığında işlev görecek biçimde evrimleşmiştir. İnsan için bu yaklaşık 37 °C’dir; 42 °C’nin üstüne çıkan beden sıcaklıklarında tüm metabolik kimya tepkimeleri bozulmaya başlar.

Bu nedenle sıcak iklimdeki hayvanlar ya çok iri değildir ya da irilerse de metabolizmaları oldukça yavaştır, filler gibi. Aslanlar olduklarından iri olamazdı çünkü avlanmak için koşan, tırmanan hayvanlardır ve metabolizma hızları yüksektir. Şu durumda bile bir aslan gündüz sıcağında avı peşinde birkaç yüz metreden fazla koşamaz çünkü bu onun beden sıcaklığını aşırı yükseltir ve yaşamını tehlikeye atar; o nedenle Afrika’daki çoğu yırtıcı havanın daha serin olduğu gece saatlerinde avlanır.

Fillerse otçuldur ve metabolizma hızları daha düşüktür; kızışma ve kendini savunma durumunda kısa mesafelerde koştuklarını görebilirsiniz ama onun dışında beden ısılarını düşük tutacak bir metabolizma hızına uygun bir yaşam sürmek zorundadırlar. Fillerin o kocaman kulakları süs olsun diye evrimleşmemiştir, tek işlevi metabolizmalarının ürettiği ısının salınacağı beden yüzey alanını arttırmaktır; filler gergedanlar gibi küçük kulaklara sahip olsalardı bu kadar iri olmaları olanaksız olurdu.

Bu olgunun nedeni, metabolizmanın beden kütlesine, dolayısıyla hacmine orantılı olarak ısı üretmesidir; bu ısının dışarı atılmasıysa bedenin yüzey alanıyla orantılıdır.  Beden yüzey alanının beden hacmine oranı düşük olan hayvanlar ya düşük metabolizma hızına sahip olmalıdır ya da daha soğuk bir iklimde yaşamalıdır, fillerden daha iri olan mamutların kutup dairesine yakın soğuk bölgelerde yaşamasının nedeni budur.

Yüzey alanı boyutların karesiyle artarken hacim, küpüyle artar; yani beden yüzey alanı sizin iki katınız olan bir insan sizden dört kat daha fazla hacme (ve ağırlığa) sahiptir ve metabolizması da dört kat fazla ısı üretir. Bu nedenle şişman insanlar diğerlerine göre daha kolay ve daha çok terler.

Neyse ki tüm hayvanlar arasında en iyi soğutma mekanizmasına yani ter bezlerine sahibiz ama isterseniz onu da başka bir haftaya bırakalım.

Hiperion, Sekoya, Kaliforniya, ABD

 Meranti, Borneo

Bir sekoya ağacı