كيف تدير النباتات التحول من الشتاء إلى الربيع
بالنسبة للنباتات الخشبية مثل الرودودندرون ، فإن توقيت أوراق الربيع هو توازن بين تعظيم مواسم نموها وتجنب الصقيع المتأخر. ريتشارد بريماك, CC BY-ND

بدت أنماط الطقس في جميع أنحاء الولايات المتحدة وكأنها ركوب قطار الملاهي خلال الأشهر العديدة الماضية. ديسمبر ويناير كانت أكثر دفئا من المتوسط في العديد من المواقع ، تليها فبراير موجة برد شديدة و الاحماء الدرامي.

إذا سبق لك أن رأيت شجيرات أرجواني تسحقها تساقط الثلوج ، ثم تبرعم في يوم دافئ بعد بضعة أسابيع فقط ، فقد تتساءل كيف تتحمل النباتات مثل هذه الظروف المتطرفة. أنا أدرس كيف يؤثر تغير المناخ على توقيت الأحداث الموسمية في دورات حياة النباتات والطيور والحشرات في ماساتشوستس ، لذلك أعلم أن الأنواع قد تطورت هنا للتعامل مع طقس نيو إنجلاند المتغير الشهير. لكن ارتفاع درجة حرارة المناخ يعطل أنماط الطقس ويختبر قدرة العديد من الأنواع على التكيف.

يتسامح مع البرد

في أيام الشتاء القاسية عندما تكون درجات الحرارة أقل بكثير من درجة التجمد ، تسبح الحيوانات تحت الأرض أو تتجمع في مناطق محمية. لكن الأشجار والشجيرات يجب أن تجلس هناك وتأخذها. الأنسجة في جذوعها وفروعها وجذورها حية. كيف ينجون من البرد القارص؟

في الخريف ، تبدأ النباتات الخشبية في أجزاء كثيرة من أمريكا الشمالية الاستعداد لفصل الشتاء. عندما يتغير لون أوراقها وتسقط ، تبدأ أغصانها وفروعها وجذوعها في فقدان الماء. نتيجة لذلك ، تحتوي خلاياهم على تركيزات أعلى من السكريات والأملاح والمركبات العضوية.


رسم الاشتراك الداخلي


هذا يقلل من درجة التجمد للخلايا والأنسجة ، ويسمح لها بالبقاء على قيد الحياة في درجات حرارة أقل بكثير من نقطة التجمد العادية للماء. الحيلة لها حدودها ، على الرغم من ذلك ، لا يزال من الممكن أن تقتل أحداث البرد القارس بعض النباتات.

تظل جذور الأشجار والشجيرات دون تغيير إلى حد كبير وغير نشطة خلال فصل الشتاء ، وتعتمد على العزل من الثلج والتربة للحماية. بالنسبة للجزء الأكبر ، تظل درجة حرارة التربة حول الجذور عند درجة التجمد أو أعلى منها. تعزل التربة والأوراق المتساقطة وطبقات الثلج المستمرة الأرض فوق الجذور وتمنعها من فقدان الحرارة.

الخطر المفاجئ للصقيع الربيعي

بعد أن تتحمل النباتات فصول الشتاء الباردة بثبات ، يجلب الربيع المبكر أخطارًا جديدة. تحتاج النباتات إلى الخروج في أقرب وقت ممكن في الربيع للاستفادة الكاملة من موسم النمو. لكن هذا ينطوي على ضخ الماء في أوراقها النامية ، مما يقلل من تركيز السكريات والأملاح والمركبات العضوية في أنسجتها ويزيل الحماية الشتوية من البرد.

كل نوع له وقت الخروج المميز. الأنواع المبكرة الأوراق مثل العنب البري والصفصاف هم المقامرين في المملكة النباتية. الأنواع اللاحقة ، مثل البلوط والصنوبر ، هي الأنواع الحذرة والمحافظة. بالنسبة لأي نوع ، فإن الأوراق في وقت مبكر جدًا يمثل خطرًا لأن الصقيع المتأخر يمكن أن يتلف أو يقتل الأوراق الصغيرة.

كما أن الأزهار معرضة للصقيع الربيعي الذي لا يمكن التنبؤ به لأنها تحتوي على الكثير من الماء. إذا ماتت أزهار أشجار الفاكهة ، مثل التفاح ، بسبب الصقيع ، فلن تنتج الأشجار ثمارًا في وقت لاحق من الصيف. يمكن أن يتسبب الصقيع المتأخر أيضًا في مواسم ازدهار قصيرة بشكل مخيب للآمال لنباتات الزينة المبكرة الإزهار مثل فورسيثياس والمغنوليا.

مكالمات إيقاظ النبات

للحماية من الصقيع والاستفادة من موسم النمو الكامل ، طورت الأشجار والشجيرات ثلاث طرق لمعرفة الوقت المناسب لبدء النمو في الربيع.

أولاً ، للنباتات متطلبات تقشعر لها الأبدان في فصل الشتاء: فهي تحافظ على سباتها الشتوي حتى تتعرض لعدد معين من أيام الشتاء الباردة. تساعدهم هذه السمة على تجنب الأوراق أو الإزهار خلال الفترات الدافئة بشكل غير طبيعي في منتصف الشتاء.

ثانيًا ، تتمتع النباتات أيضًا بمتطلبات الاحترار الربيعي التي تعزز النمو بعد تجربة عدد معين من الأيام الدافئة كل ربيع. تساعدهم هذه الميزة على البدء في النمو بمجرد أن يصبح الجو دافئًا بدرجة كافية.

ثالثًا ، تحتوي بعض النباتات أيضًا على فترة ضوئية الاستجابة ، مما يعني أنها تتفاعل مع طول الفترة الزمنية التي يتعرضون فيها للضوء في فترة 24 ساعة. هذا يهيئهم للخروج مع زيادة الأيام ودفئها في الربيع. تحتوي أشجار الزان على متطلبات الاحترار والاستجابة لفترة الضوء ، لكن متطلبات درجة الحرارة أقوى بكثير ، لذا فهي تبدأ بعد بضعة أيام دافئة في أواخر الربيع.

ومن المثير للاهتمام أن أشجار أمريكا الشمالية مثل القيقب الأحمر والبتولا الأسود أكثر حذراً وتحفظًا من الأشجار الأوروبية وشرق آسيا. الطقس في شرق أمريكا الشمالية أكثر تقلبًا ، وخطر الصقيع في أواخر الربيع أعلى هنا منه في تلك المناطق. نتيجة لذلك ، تطورت أشجار أمريكا الشمالية لتخرج بعد أسابيع قليلة من الأشجار المماثلة من أوروبا وشرق آسيا.

يؤدي تغير المناخ إلى تشويش الإشارات

تتكيف النباتات بشكل كبير مع إشارات درجات الحرارة ، لذا فإن الاحترار الناتج عن تغير المناخ يجعل من الصعب على العديد من الأنواع تحمل برد الشتاء والصقيع الربيعي. عندما تصبح درجات الحرارة في الربيع أكثر دفئًا مما كانت عليه في الماضي ، قد تستجيب الأشجار مثل التفاح والكمثرى عن طريق الأوراق والزهور قبل عدة أسابيع من المعتاد. هذا يمكن أن يزيد من تعرضهم للصقيع المتأخر.

كيف تدير النباتات التحول من الشتاء إلى الربيعتعرضت أوراق شجرة الكرز هذه لأضرار بسبب الصقيع المتأخر. ريتشارد بريماك, CC BY-ND

مثل هذه الصقيع في وقت متأخر تصبح أكثر شيوعا لان تغير المناخ يزعزع استقرار التيار النفاث، مما أدى إلى الانحدار إلى أقصى الجنوب ، مما أدى إلى اندفاعات من الطقس البارد بشكل غير عادي.

في عام 2007 ، كانت فترة دافئة بشكل استثنائي في مارس أثار الأشجار لتخرج عبر شرق ووسط الولايات المتحدة. ثم تسبب صقيع شديد في أبريل / نيسان في مقتل أوراق وأزهار السنديان والجوز وأنواع الأشجار الأخرى. كانت الأشجار قادرة على إنتاج محصول ثانٍ من الأوراق ، لكنها لم تستطع أن تحل محل الأوراق التي فقدتها بالكامل ، مما أدى على الأرجح إلى إعاقة نموها لتلك السنة.

تشكل الآفات الحشرية أيضًا تهديدًا متزايدًا للنباتات. يحافظ الطقس الشتوي القاسي على العديد من الحشرات الموجودة في المناخات الشمالية ، مثل شجر الشوكران الصوفي و حفار الرماد الزمرد. عندما يصبح الشتاء أكثر اعتدالًا ، من المرجح أن تبقى هذه الحشرات على قيد الحياة ، وتتحرك شمالًا ، وتتسبب في تفشي المرض بشكل كبير وتدمير الأشجار.

يؤدي الشتاء الأكثر دفئًا أيضًا إلى المزيد من الأيام عندما تكون الأرض جرداء. الطقات الباردة التي تحدث في حالة عدم وجود طبقة عازلة من علبة الثلج تجمد التربة وقتل الجذور. ثم تموت أغصان الأشجار والشجيرة مرة أخرى لأن الجذور التالفة لا يمكنها توفير ما يكفي من الماء والمغذيات. في الحالات القصوى ، قد تموت النباتات.

تُظهر خريطة منطقة الصلابة النباتية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية أن هذه المناطق - المناطق التي من المرجح أن تزدهر فيها أنواع النباتات المختلفة - تتحول شمالًا مع ارتفاع درجة حرارة الولايات المتحدة بسبب تغير المناخ.

{vembed Y = 4pSYC8g5oVM}

في العقود القادمة ، ستصبح العديد من أنواع الأشجار المحبة للبرد مثل التنوب والتنوب أقل وفرة عندما لا تكون قادرة على التعامل معها تحديات جديدة مرتبطة بمناخ أكثر دفئًا. في شمال شرق الولايات المتحدة ، سيتم استبدال الأنواع المحلية مثل خشب القيقب والزان تدريجياً بأنواع محلية من أقصى الجنوب ، مثل البلوط والجوز. والأنواع غير الأصلية ، مثل النرويج القيقب، تستفيد من هذه الاضطرابات لتنتشر في الغابات من جوانب الطرق والأحياء.

تحدث تحولات مماثلة في العديد من الأماكن حيث يغير تغير المناخ الإشارات التي تعتمد عليها النباتات للاحتفال بالفصول المتغيرة.

نبذة عن الكاتب

ريتشارد ب. بريماك ، أستاذ علم الأحياء ، جامعة بوسطن

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

جي