Forskare har länge antagit att de sockerarter som ger näring åt träd pressas av vattentryck från bladen där de skapas till stjälkarna och rötterna där de behövs.

Men hur klarar högre träd den uppgiften, med tanke på de längre avstånden näringsämnena måste resa och den större kraft som verkar behövas för att transportera dem?

Ett team med nio medlemmar av forskare, mestadels från Harvard, upptäckte ett svar med en nyligen genomförd studie vars resultat också kan hjälpa till att avsluta en mångårig debatt om dynamiken i sockertransport i träd. Studien, vars resultat beskrivs i tidningen 4 december Naturväxter , bestämde att det hydrauliska motståndet mot att flytta sockerrikt sav nedåt från bladen inte ökar med trädets höjd så mycket som man kan förvänta sig, på grund av fysiska egenskaper i transportsystemet.

De fann också att "trycket som utvecklas i bladen på en mogen röd ek är tillräcklig för att driva sockertransport ända till rötterna, "sade Noel Michele Holbrook, en forskargruppsmedlem som är professor i biologi och Charles Bullard professor i skogsbruk vid Institutionen för organism och evolutionär biologi vid Harvard.

"Vi har nu bevis för att alla växter - både små och höga - använder samma mekanism för att transportera socker, "Sade Holbrook." Och vi förstår nu hur träd kan bli höga utan att stöta på transportbegränsningar i samband med deras storlek. Vår forskning svarar på en mångårig debatt om hur socker transporteras i träd. "

Studien är en utväxt av ett samarbete som inleddes 2011 mellan Holbrook och Michael Knoblauch, en växtcellsbiolog från Washington State University. Knoblauch ledde utvecklingen av de instrument som används i forskningen, medan mätningarna till stor del gjordes vid Harvard.

Förutom Holbrook och Knoblauch, projektets främsta bidragsgivare var Jessica Savage, en tidigare Harvard postdoktorand och Putnam Fellow vid Arnold Arboretum som nu är biträdande professor vid University of Minnesota, och Kaare Jensen, en tidigare Harvard postdoktorand som nu är docent vid danska tekniska universitetet i Köpenhamn.

Forskningen genomfördes främst vid Harvard Forest i Petersham, Massa., och på Arnold Arboretum, mycket av det härstammar från Knoblauchs tid som Bullard -stipendiat vid Harvard 2013–14, enligt Holbrook, som är sabbatsår vid University of Tasmania i Australien. Fem andra teammedlemmar är nuvarande eller tidigare doktorander. studenter eller postdoktorer vid Harvard.

"Vi ville förstå hur träd övervinner det hydrauliska straffet för att öka storleken, det enkla faktum att det borde ta mer energi att transportera material över längre sträckor, "Sade Holbrook. Teamet ville också avgöra om träd använder samma transportmekanismer som mindre växter gör.

Holbrook sa att socker som bildas i fotosyntesen koncentreras till "floem, "växtvävnaden som används för att leda ner dem från trädkronan. Det koncentrerade sockret suger in vatten genom osmos, bygga upp positiv turgor, eller vattentryck, i cellerna. Det i sin tur "driver den sockerrika saften mot platser där sockret används."

"Problemet är att modeller föreslog att det hydrauliska motståndet för transport av flomsaft skulle kräva mycket stora tryckgradienter i höga träd, "sa hon. Det fick debatter om" huruvida denna mekanism var tillräcklig för att ta hänsyn till floemtransport i dessa träd. "Vissa forskare har föreslagit att det finns mekanismer för att lägga till energi längs vägen.

Forskargruppen gjorde omfattande mätningar av strukturen hos de sockerledande rören längs många träd, samtidigt som man mäter det hydrauliska motståndet i dessa rör.

"För att prova floemet, en av de mest känsliga och lätt sårade vävnaderna i växten, vi var tvungna att skära bort den yttre barken. I de stora stjälkarna, vi gjorde detta med en hammare och mejsel, inte verktyg som vi vanligtvis använder i labbet, "Sa Holbrook. Teamet mätte också trycket i bladen på ett högt träd med hjälp av ett fluorescerande mikroskop som de hissade upp i trädkronan.

"Vi fann att motståndet mot att flytta den sockerrika floemsaften inte ökar linjärt med transportlängden eftersom floemtransportcellerna i huvudstammen, särskilt mot basen, var bredare och längre och hade också mer porösa siktplattor, '"Sa Holbrook." Alltså, trycket som behövs för att driva floemtransport är mycket lägre än vad som hade förutsetts. "

Hon sa att studieresultaten har viktiga konsekvenser för livsmedelsproduktionen.

"Majoriteten av maten som genereras av fotosyntesen rör sig genom floemet, "sa hon." Om det finns sätt att göra växter mer produktiva när det gäller högre fotosyntes, då kommer de också att behöva transportera dessa sockerarter till vävnaderna som vi äter. Således, Att förstå hur växter gör effektiva transportsystem kan bidra till utvecklingen av grödor med högre avkastning och mer produktiva träd. "

Denna berättelse publiceras med tillstånd av Harvard Gazette, Harvarduniversitetets officiella tidning. För ytterligare universitetsnyheter, besök Harvard.edu.