Studi baru: pohon tropis raksasa mampu menarik air hingga cabang paling atas

 (news.exeter.ac.uk)
1 poin oleh GN⁺ 5 jam lalu | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Studi yang dipimpin University of Exeter dan Cardiff University serta diterbitkan di Science menyimpulkan bahwa pohon tropis Dipterocarp kelas tertinggi di dunia mengangkut air hingga cabang paling atas dengan menyesuaikan struktur transportasi internalnya
  • Teori sebelumnya memandang bahwa semakin tinggi pohon, semakin besar beban transportasi air sehingga batas pertumbuhan dan kerentanan terhadap kekeringan meningkat, tetapi studi ini menunjukkan beban tersebut “terkompensasi sepenuhnya”
  • Dari pengamatan Dipterocarp setinggi 7–71 m di Malaysian Borneo, pohon yang lebih besar memiliki karakteristik saluran pengangkut air dan daun yang berubah sesuai ketinggian
  • Peneliti juga mengukur laju pertumbuhan batang sebelum, selama, dan sesudah kekeringan El Niño kuat pada 2023–2024, dan tidak menemukan bukti bahwa pohon tinggi lebih rentan dibanding Dipterocarp kecil
  • Karena 1% pohon terbesar menyimpan lebih dari separuh karbon di atas permukaan tanah hutan, sebagian model dampak perubahan iklim yang berasumsi sistem hidraulik pohon tinggi lemah mungkin perlu ditinjau ulang

Bantahan terhadap hipotesis bahwa tinggi membatasi transportasi air

  • Studi baru menilai bahwa pohon tropis terbesar di dunia tidak mengalami masalah besar dalam menarik air hingga cabang paling atas
  • Teori sebelumnya memperkirakan bahwa seiring pohon tumbuh, mengangkut air dari akar ke daun menjadi semakin sulit, sehingga batas pertumbuhan dan kerentanan terhadap kekeringan meningkat
  • Dipterocarp raksasa dianalisis mampu menyesuaikan struktur transportasi air internalnya sehingga sepenuhnya mengompensasi beban yang muncul akibat ketinggian
  • Tinggi pohon saja tidak membuat sistem transportasi air lebih rentan terhadap kekeringan dibanding pohon kecil, dan selama kekeringan parah pun tidak terlihat kehilangan pertumbuhan yang berkaitan dengan tinggi

Struktur transportasi air dan adaptasi Dipterocarp

  • Spesies Dipterocarp adalah pohon tumbuhan berbunga terbesar di dunia dan mendominasi hutan hujan tropis Asia
  • Pohon mengangkut air melalui banyak saluran tipis dan berongga, lalu menciptakan tekanan rendah di bagian puncak untuk menarik air ke atas
  • Saluran-saluran ini beradaptasi agar air tetap dalam keadaan cair bahkan pada tekanan yang sangat rendah, yang diperlukan untuk memindahkan air hingga ke puncak pohon setinggi lebih dari 80 m
  • Sistem hidraulik Dipterocarp yang sangat tinggi telah berevolusi sesuai tinggi pohon, dan tampak tidak mengalami kerusakan lebih besar dibanding Dipterocarp kecil dalam kondisi kekeringan yang sama

Pengukuran lapangan di Malaysian Borneo

  • Peneliti mengamati pohon Dipterocarp dengan rentang tinggi 7–71 m di Malaysian Borneo
  • Mereka mengukur berbagai sifat di beberapa posisi pada setiap pohon untuk memastikan bagaimana pohon tinggi mengompensasi ketinggiannya
    • Saluran pengangkut air yang dekat dengan permukaan tanah menjadi lebih lebar
    • Daun beradaptasi agar mampu menahan stres air yang lebih besar sebelum layu
  • Laju pertumbuhan batang sebelum, selama, dan sesudah periode kekeringan El Niño kuat pada 2023–2024 juga diukur bersama-sama

Dampak terhadap penyimpanan karbon dan model perubahan iklim

  • 1% pohon terbesar menyimpan lebih dari separuh karbon di atas permukaan tanah hutan
  • Sebagian prediksi lama menganggap sistem hidraulik pohon tinggi lemah sehingga risikonya mati akibat kekeringan lebih tinggi
  • Asumsi seperti ini termasuk dalam sebagian model dampak perubahan iklim
  • Hasil kali ini menunjukkan asumsi tersebut mungkin tidak tepat, dan diperlukan penelitian tambahan tentang sistem hidraulik serta ketahanan pemulihan terhadap kekeringan pada pohon tinggi lainnya

Keterlibatan penelitian dan informasi makalah

  • Rekan penulis Palasiah Jotan menjelaskan bahwa Dipterocarp mendominasi hutan hujan tropis Malaysian Borneo dan menjadi pusat ekologi serta keanekaragaman hayati setempat
  • Ia berharap temuan bahwa Dipterocarp tertinggi pun memiliki ketahanan hidraulik terhadap kekeringan akan memperkuat dasar untuk melindungi hutan ini di tengah iklim yang berubah
  • Tim penelitian mencakup Sabah Forestry Department, UK Centre for Ecology & Hydrology, University of Aberdeen, serta lembaga-lembaga dari Ceko, Jerman, Spanyol, Brasil, dan Amerika Serikat
  • Penelitian ini didukung oleh Natural Environment Research Council
  • Judul makalahnya adalah “Height does not impair the hydraulic system of the tallest tropical Dipterocarp trees.”

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 5 jam lalu
Komentar Hacker News

  • Kalimat ini tampaknya cukup mengecilkan fenomenanya. Di sini tekanan sangat rendah sebenarnya adalah tekanan negatif pada tingkat beberapa bar, dan tantangan utama untuk mempertahankan air tetap cair adalah menghindari kavitasi (cavitation)
    Saya pertama kali bersinggungan dengan fisika pohon dalam ujian masuk École Polytechnique, dan itu masih melekat di kepala saya: http://alainrobichon.free.fr/Concours/X_PC_PH1_01.pdf
    Setahu saya, 25 tahun kemudian para mahasiswa masih mengerjakan mahakarya ini sebagai soal latihan

    • Saya juga pernah melalui concours, tetapi sudah banyak berkarat; kalau ada, saya juga ingin melihat pembahasan solusinya. Video Veritasium tentang topik ini juga layak dijadikan referensi: https://youtu.be/BickMFHAZR0

  • Kadang saya menanam ganja dan cabai, dan setelah cukup terbiasa, saya menyadari bahwa tanaman jauh lebih fleksibel daripada yang dibayangkan. Jadi tulisan ini tidak terlalu mengejutkan bagi saya
    Tanaman pada akhirnya melakukan apa yang perlu dilakukan. Saya pernah memberi suplai CO2 yang kuat atau menambah nutrisi sampai menciptakan ekosistem serangga dan situasi yang benar-benar baru
    Ini begitu menarik sampai saya sebenarnya jadi ingin menjalani hidup seperti itu. Saya seorang ilmuwan komputer, tetapi sekarang saya merindukan ilmu tanaman
    Kalau tertarik, saya sangat merekomendasikan strategi defoliasi dan metode pelatihan stres rendah. Tanaman bukan makhluk bodoh, hasil yang bisa didapatkan pun menakjubkan, dan sains tentang hakikat tanaman makin mendalam dari hari ke hari

    • Saya sedang mengambil sarjana hortikultura paruh waktu di universitas jarak jauh, dan kalau Anda lebih tertarik pada sisi menanam tanaman, hortikultura tampaknya lebih cocok daripada botani. Kalau lebih tertarik memahami cara kerja tanaman, botani lebih baik, tetapi tentu saja dalam gelar hortikultura pun Anda akan banyak belajar botani
    • Melihat sebagian besar perangkat lunak tergerus, saya makin tertarik pada biologi. Ini terlihat seperti salah satu frontier akhir yang bisa menghasilkan keuntungan besar, dan AI juga tampak sangat cocok untuk memahami biologi
    • Sepertinya ada juga bidang bernama botani komputasional yang memodelkan tanaman virtual
    • Biologi komputasional juga layak dipertimbangkan. Ini bidang yang selalu mencari orang, dan Knuth dulu juga pernah mengatakan bahwa dalam biologi masih ada sangat banyak masalah terbuka dan berguna yang perlu dipecahkan
    • Melihat daun pohon raksasa yang tidak mengering, siapa pun semestinya merasa ini tidak mengejutkan

  • Sebenarnya ini bertentangan dengan penelitian dan hasil pengukuran sebelumnya tentang pohon besar. Sepertinya artikel ini hanya melihat hingga sekitar 80m, dan faktanya di seluruh dunia ada persis 0 pohon yang lebih tinggi dari 130m [1]
    Kapiler lebar di pangkal yang disebutkan artikel tampaknya tidak relevan
    [1] https://www.sfgate.com/science/article/REDWOODS-How-tall-can...

    • Secara intuitif pun sulit diterima. Di mana ada pohon 500m di hutan hujan tropis? Meski begitu, ini bisa menjadi tujuan yang bagus untuk biologi molekuler dan rekayasa genetika
      Sebelum mulai menyunting garis germinal manusia, peradaban kita harus jauh lebih mahir dengan teknologi semacam itu, dan pada akhirnya suatu hari kita mungkin akan ingin menyunting garis germinal manusia. Sekarang kita menunjukkan pengekangan besar, tetapi entah berapa lama itu akan bertahan. Bagaimanapun, pohon 1.000m pasti benar-benar keren
    • Bukankah keduanya bisa benar? Mungkin transportasi air bukan faktor pembatasnya, melainkan sesuatu yang lain

  • Kurzgesagt punya dua video yang membahas pohon dan pertanyaan-pertanyaan seperti ini
    https://m.youtube.com/watch?v=ZSch_NgZpQs
    https://m.youtube.com/watch?v=pHJIhxZEoxg

  • Dari awal saya tidak menduga akan ada masalah. Ini hanya terlihat seperti masalah kalau kita secara naif membayangkan ada pipa terbuka di dalam pohon yang tersambung dari atas sampai bawah
    Estafet ember air bekerja sama saja baik naik 10 lantai maupun 100 lantai. Sistem yang membuka dan menutup katup juga demikian
    Memompa air dari ember di satu lantai gedung ke ember di lantai berikutnya itu mudah, lalu tinggal diulang di lantai berikutnya. Karena tidak ada kolom air yang tersambung, tekanan dari banyak lantai di atas tidak berpengaruh

  • Pohon terbesar yang tercatat ditolak antara lain karena dianggap melampaui batas teoretis: https://en.wikipedia.org/wiki/Nooksack_Giant
    Sayang sekali pohon ini juga ditebang bersama hampir semua Douglas-fir raksasa

    • Kebiadaban manusia bukan hal baru
      Papan informasinya menyebutkan bahwa pohon Nooksack menghasilkan 96.345 board feet kayu “kualitas tertinggi”
      New York Times edisi 7 Maret 1897 menilainya sebagai “cemara paling megah yang pernah dilihat mata manusia”, dan menyebut penghancurannya sebagai “kisah yang sungguh menyedihkan” sekaligus “kejahatan”
      The Morning Times edisi 28 Februari 1897 mengklaim bahwa jika kayu itu digergaji selebar 1 inci, panjangnya akan mencapai “dari Whatcom sampai Cina”
    • Ada cerita bahwa lumut pada pohon hutan hujan beriklim sedang memungkinkan pohon menarik air dari cabang, bukan dari tanah, sehingga meningkatkan tinggi maksimum
      Untuk beberapa waktu ada orang-orang yang memburu lumut yang berperan seperti ini, dan itu menjadi masalah karena lumut hanya tumbuh beberapa inci per tahun
    • Beberapa minggu lalu saya melihat pohon indah ini[1]. Bukan 400ft, tetapi tingginya lebih dari separuhnya dan keliling pangkalnya lebih dari 13ft
      Beruntung masih ada beberapa Douglas Fir, Sitka Spruce, dan Western Red Cedar besar yang tersisa di Vancouver Island
      [1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Big_Lonely_Doug

  • “Pohon raksasa tidak punya masalah memompa air hingga ke cabang paling atas,” katanya, tetapi bisa jadi karena sejak awal mereka sebenarnya tidak memompa air

    • Lalu harus disebut apa?

  • Sebaliknya, banyak pohon raksasa memperoleh air dari udara melalui kabut
    Kondensasi kabut pesisir menyumbang sebagian besar kebutuhan air pohon[23]
    https://en.wikipedia.org/wiki/Sequoia_sempervirens#Fog_and_f...
    https://en.wikipedia.org/wiki/Sequoia_sempervirens

    • Demikian pula, fakta bahwa semua pohon terbentuk dari udara, tepatnya dari karbon di dalamnya, masih terasa menakjubkan. Dulu saya mengira biomassa berasal dari tanah, tetapi kenyataannya lebih menarik
    • Sequoia tetap dibatasi tingginya oleh gravitasi, dan kemungkinan besar karena tekanan kapiler [1]
      Jika berevolusi dengan struktur bersegmen, mungkin pohon ini bisa tumbuh lebih tinggi
      [1] https://www.sfgate.com/science/article/REDWOODS-How-tall-can...
    • Ada juga teori bahwa lumut pada pohon-pohon ini bukan sekadar epifit, melainkan mutualisme. Maksudnya, lumut menahan kelembapan, dan pohon dapat mengakses kelembapan tersebut

  • Semua orang masih meremehkan air terstruktur
    Saya akui ini kontroversial dan hanya direplikasi oleh sedikit laboratorium di luar lab Gerald Pollack di University of Washington, tetapi ada dasar yang kuat bahwa hal ini bisa berperan dalam mengangkut air dan getah hingga ke pucuk pohon. Setidaknya, ia terlibat dalam gerakan yang diinduksi di tabung hidrofilik ketika ada energi radiasi sekitar yang cukup, yaitu ultraviolet/inframerah
    Makalah terkait:
    “Exclusion-zone water inside and outside of plant xylem vessels.” 2024 Scientific Reports. https://www.nature.com/articles/s41598-024-62983-3
    “Surface-induced flow: a natural microscopic engine using infrared energy as fuel.” 202 Science Advances. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aba0941
    “Long-range forces extending from polymer-gel surfaces.” 2003 Phys. Rev. E. https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevE.68.031408
    Situs Pollack: https://www.pollacklab.org/
    Kritik terhadap teori Pollack:
    Schurr, J.M. (2013). Phenomena associated with gel–water interfaces: analyses and alternatives to the long-range ordered water hypothesis. J. Phys. Chem. B, 117(25), 7653–7674. https://doi.org/10.1021/jp302589y
    Elton, D.C., Spencer, P.D., Riches, J.D. & Williams, E.D. (2020). Exclusion zone phenomena in water — a critical review of experimental findings and theories. Int. J. Mol. Sci., 21(14), 5041. https://doi.org/10.3390/ijms21145041
    Elton, D.C. & Spencer, P.D. (2021). Pathological water science — four examples and what they have in common. In Water in Biomechanical and Related Systems (Biologically-Inspired Systems, vol. 17), pp. 155–170. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-67227-0_8 (preprint: https://arxiv.org/abs/2010.07287)

    • Sayang saya tidak menyimpannya, tetapi dahulu sekali di Usenet sci.physics ada topik yang benar-benar lucu. Isinya tentang bagaimana jika cukup banyak bukti penyangkal sudah terkumpul terhadap sesuatu, atau jika sesuatu bertentangan dengan konsensus yang diterima, maka penelitian lebih lanjut dilarang dan bukti baru pun tidak boleh diterima
      Topik itu meminta orang membuat daftar hal-hal semacam itu, dan daftarnya berkembang menjadi ratusan item. Meski ada banyak item yang jauh lebih konyol, orang-orang melihat kata pemicu masing-masing lalu tidak bisa menahan amarah
      Ini bisa dimasukkan ke item homeopati

  • Saya tidak paham mengapa orang percaya bahwa pohon tidak bisa mengangkat air melewati batas tertentu. Yang dibutuhkan hanyalah sistem katup, dan tumbuhan sudah memiliki hal semacam itu untuk tujuan lain. Tidak masuk akal kalau pohon secara harfiah dibatasi oleh cara mereka menyedot air ke atas. Kalau begitu, kebanyakan pohon seharusnya sudah mentok pada ketinggian yang dengan mudah mereka lampaui
    Rasanya pohon-pohon sekarang memang tidak lagi tumbuh sebesar itu. Pohon umum seperti spruce tampaknya bisa mencapai 100 m, tetapi biasanya tidak sampai sejauh itu
    Salah satu kemungkinan adalah habisnya nutrisi. Namun secara pribadi saya pikir penyebabnya adalah ketiadaan gajah. Gajah mungkin terus merusak pohon-pohon muda, sehingga hanya segelintir yang beruntung bertahan hidup bisa tumbuh raksasa. Mungkin saja redwood terbentuk karena penduduk asli menyingkirkan pohon-pohon muda dan menyisakan pohon-pohon tua

    • “Yang dibutuhkan hanyalah sistem katup” mungkin memang bisa bekerja, tetapi sepertinya bukan cara yang sebenarnya. Menurut video Veritasium ini, penyebabnya adalah tekanan negatif, yaitu tegangan
      https://www.youtube.com/watch?v=BickMFHAZR0
      Saya merekomendasikannya. Menurut saya ini salah satu video Veritasium terbaik yang dibuat Derek
    • Bukankah konsentrasi CO2 250 ppm di atmosfer sebelum dimulainya Revolusi Industri merupakan titik terendah historis jika dilihat dalam skala waktu geologis?
      Hutan tinggi tua yang lebih baru pun bertahan dengan baik di Bumi yang lebih dingin, jadi mungkin tidak terlalu relevan
      Meski begitu, mudah membayangkan bahwa Bumi yang lebih hangat, lebih lembap, dan memiliki konsentrasi CO2 atmosfer lebih tinggi akan lebih menguntungkan bagi pertumbuhan pohon yang lebih tinggi
      Di sisi lain, karena ini bukan bidang keahlian saya, bisa jadi saya sebenarnya tidak begitu tahu apa yang saya bicarakan