Het is het oppervlak, niet de dikte, van een ledemaat dat bepaalt hoe het vertakt
De vertakkingsstructuur van vrijwel elke lommerrijke boom – zoals deze zuidelijke levende eik in Charleston, SC, ook wel de Angel Oak genoemd – wordt bepaald door het oppervlak van zijn ledematen, vindt een nieuwe studie.
Leonardo da Vinci had het mis over bomen.
Het multitalent uit de Renaissance schreef meer dan 500 jaar geleden zijn ‘boomregel’ op. Het beschreef de manier waarop hij dacht dat bomen vertakken. Hoewel het een briljant inzicht was dat hem hielp om realistische landschappen te tekenen, werkt Leonardo’s regel niet voor veel soorten bomen. Nu, een nieuwe vertakkingsregel – genaamd “Leonardo-achtig” – werkt voor vrijwel elke lommerrijke boomrapporteren onderzoekers in een paper dat op 13 april is aanvaard Fysieke beoordeling E.
“De oudere Leonardo-regel beschrijft de dikte van de takken, terwijl er geen rekening werd gehouden met de lengte van de tak”, zegt natuurkundige Sergey Grigoriev van het Petersburg Nuclear Physics Institute in Gatchina, Rusland. “Daarom is de beschrijving met de oudere regel niet compleet.”
Leonardo’s regel zegt dat de dikte van een ledemaat voordat deze zich vertakt in kleinere, dezelfde is als de gecombineerde dikte van de ledematen die eruit ontspruiten (SN: 1/6/11). Maar volgens Grigoriev en zijn collega’s is het de oppervlakte die hetzelfde blijft.
Met behulp van het oppervlak als richtlijn, neemt de nieuwe regel de breedte van de ledematen op en lengtes, en voorspelt dat lange takken uiteindelijk dunner zullen zijn dan korte. In tegenstelling tot de gok van Leonardo, werkt de bijgewerkte regel zowel voor slanke berken als voor stevige eiken, meldt het team.
De verbinding tussen het oppervlak van takken en de algehele boomstructuur laat zien dat het de levende, buitenste lagen zijn die de boomstructuur leiden, zeggen de onderzoekers. “Het leven van een boom verloopt volgens de wetten van behoud van het gebied in de tweedimensionale ruimte”, schrijven de auteurs in hun studie, “alsof de boom een tweedimensionaal object is.” Met andere woorden, het is alsof slechts twee dimensies – de breedte van elke tak en de afstand tussen vertakkingen op een tak – de structuur van een boom bepalen. Als gevolg hiervan, wanneer bomen in twee dimensies worden weergegeven in een schilderij of op een scherm, beschrijft de nieuwe regel ze bijzonder goed.
De nieuwe Leonardo-achtige regel is een verbetering, zegt Katherine McCulloh, een botanicus aan de Universiteit van Wisconsin-Madison die niet betrokken was bij dit onderzoek. Maar ze heeft haar twijfels over de beweegredenen van de Russische groep. In de meeste bomen, zegt ze, strekt het levende deel zich veel dieper uit dan de dunne oppervlaktelaag.
“Het is echt soortafhankelijk en zelfs leeftijdsafhankelijk”, zegt McCulloh. “Een gigantische, oude eik heeft misschien een centimeter levend hout … [but] er zijn zeker tropische boomsoorten die zeer diep spinthout hebben en mogelijk levend hout hebben voor de meeste van hun dwarsdoorsneden.”
Toch intrigeert McCulloh het feit dat de Leonardo-achtige regel voor veel bomen lijkt te gelden. “Voor mij drijft het de vraag waarom zijn… [trees] het behoud van deze geometrie voor hun uitwendige weefsel, en hoe is dat gerelateerd aan de microscopische niveauverschillen die we in hout waarnemen”, zegt ze. “Het is een heel interessante vraag.”
Om hun regel te testen, namen Grigoriev en collega’s foto’s van bomen van verschillende soorten en analyseerden ze de takken om te bevestigen dat de patronen in de echte wereld overeenkwamen met de voorspellingen. De foto’s bieden “een directe meting van de kenmerken van een boom zonder hem aan te raken, wat belangrijk kan zijn bij het omgaan met een levend object”, zegt Grigoriev.
Hoewel het team nog geen evergreens heeft bestudeerd, geldt de regel voor alle loofbomen waar de onderzoekers naar hebben gekeken. “We hebben onze methodologie toegepast op esdoorn, linde, appel”, zegt Grigoriev, naast eiken, berken en kastanjes. “Ze vertonen dezelfde algemene structuur en gehoorzamen aan de Leonardo-achtige regel.”
Hoewel het mogelijk is om de regel te bevestigen door takken met de hand te meten, zou je in bomen moeten klimmen en alle ledematen moeten controleren – een riskante oefening voor zowel bomen als wetenschappers. “Merk op”, schrijven de onderzoekers, “dat tijdens deze experimenten geen enkele boom werd geschaad.”
