איך לגרום לאצטרובל להיפתח ולהיסגר?

בניסוי הזה נגרום לאצטרובל של אורן להיפתח ולהיסגר כרצוננו.

ציוד

• אצטרובל
• קערה
• מים
• קצת סבלנות :-)

• לניסוי ההמשך – צנצנת או בקבוק עם פתח רחב ועוד אצטרובלים

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הסבר

אצטרובל הוא "איבר" בעצים מחטניים (כמו אורן) שבו מתפתחים הזרעים. אצטרובלים נפתחים במזג אוויר חם ויבש ונסגרים במזג אוויר לח וקר. להתנהגות הזו יש כמה סיבות הקשורות להתפתחות הזרעים, אך חשוב להבהיר שאיננו יודעים בוודאות את ההיגיון המלא של התנהגות האצטרובל, אלא אנו יכולים רק לנסות למצוא לה הסברים הגיוניים. מה שברור הוא שההתנהגות הזו התפשטה בהדרגה במהלך האבולוציה בכל עצים המחטניים, כך שנראה שהיא סייעה לעץ להתרבות בצורה הטובה ביותר.

יש כמה סיבות אפשריות לכך שאצטרובלים נפתחים דווקא במזג אוויר חם ויבש:

ראשית, עוד בשלב ההאבקה, לפני יצירת הזרע, האצטרובל זקוק להאבקה – גרגירי אבקה של אצטרובל זכרי צריכים לרחף באוויר ולהאביק את השחלות של אצטרובל נקבי. הסיכויים שההאבקה תצליח עולים אם כל האצטרובלים בכל העצים ייפתחו באותו זמן, ובמקרה הזה הזמן נקבע על ידי מזג האוויר (בדרך כלל היום החם והיבש הראשון של האביב). כך יכול  יער שלם של עצי מחט רחוקים לתזמן מועד אחד לפתיחת האצטרובלים, כולם משחררים את האבקה שלהם ביחד והרוח מפיצה אותה לעצים השכנים – ששחלות האצטרובלים בהם כבר מצפות לקלוט את האבקנים. אחרי ההאבקה - הגיוני דווקא שהאיצטרובל יסגר, כדי להגן על הזרעים המתפתחים בתוכו מבפני מזיקים. כך שחשובה גם היכולת של האיצטרובל להיסגר.

שנית, אחרי שהזרע בתוך האצטרובל כבר נוצר, העובדה שאצטרובלים ייפתחו דווקא במזג אוויר חם ויבש מבטיחה שהם יצליחו לעוף רחוק ברוח וכך להיאחז בקרקע במקום מרוחק מעץ האם ולהפיץ את הזרעים למרחקים גדולים. בצורה כזאת נחסכת התחרות על המשאבים בין עצים שצומחים בצפיפות רבה מדי. אילו האצטרובלים היו נפתחים בזמן גשם, הזרעים היו נרטבים ונופלים לקרקע כמעט מיד.

הסיבה השלישית היא שחלק מקשקשי האצטרובלים אינם נפתחים אלא בתנאי חום ויובש קיצוניים באמת כמו אלה שנוצרים בשריפות יער. מיד אחרי השריפה האצטרובלים נפתחים והזרעים שבתוכם, שנשארו מוגנים מהאש, נופלים לקרקע ומאפשרים ליער להתחדש בחורף הבא. מחקרים מצאו שביערות של עצי אורן ירושלים יש הרבה מאוד נביטות בחורף הראשון שאחרי שריפה.

מנגנון הפתיחה והסגירה של האצטרובל מבוסס על העובדה שחומר עצי נוטה להתנפח כשהוא נרטב או כשהלחות סביבו גבוהה. עץ מורכב בעיקר מחומר בשם תאית (צלולוזה), שהוא פולימר (כלומר מולקולה ענקית של חומר שבנויה מהרבה מולקולות קטנות המחוברות יחד לשרשרת ענקית) שמסוגל לספוג מים. כשהעץ נרטב, מולקולות המים הקטנות נכנסות בין שרשראות התאית ומרחיקות אותם זו מזו – והעץ מתנפח. בדיוק באותה דרך פועל הפולימר שסופג מים בחיתולים והופך מים לג'ל.

המבנה של קשקשי האצטרובל הוא מה שמאפשר להם להיסגר כשהם ספוגים במים ולהיפתח כשהם יבשים: החלק התחתון של כל קשקש מכיל הרבה יותר עץ מהחלק העליון. בחלק העליון יש אפילו מגרעת חלולה שבה נמצא הזרע על הקשקש בקרבת מרכז האצטרובל. כדי לראות זאת אתם מוזמנים לקחת אצטרובל פתוח ולהסתכל בו בעיון מקרוב.

המבנה הזה גורם לחלק התחתון, שמכיל כמות עץ גדולה, לנוע יותר יותר מהחלק העליון בתהליך ההתכווצות וההתנפחות, וכתוצאה מכך הקשקשים נפתחים או נסגרים. אפשר לדמות את תהליך התנועה הזה לחכה עם חוט שעובר לכל אורכה מלמטה. כשהחוט מתוח ומתקצר, החכה מתכופפת (האצטרובל נפתח), ושהחוט מתארך, החכה מתיישרת (האצטרובל נסגר).

ניסוי המשך

התכונה שגורמת לאצטרובלים להיסגר ברטיבות ולהיפתח ביובש מאפשר לנו לעשות ניסוי נחמד, שהתוצאות שלו יפתיעו מאוד את מי שאינו מכיר את התכונה הזו. לשם כך ניקח אצטרובלים קטנים ונשרה אותם במים עד שייסגרו. לאחר מכן ננגב אותם ונכניס אותם לתוך צנצנות או בקבוקים עם פתח רחב, כמתואר בתמונה:

בשלב הבא נשאיר את הבקבוקים הפתוחים בשמש הקיץ למשך כמה ימים, עד שכל המים יתאדו והאצטרובלים ייפתחו בפנים.

כשתראו לאחר מכן את הבקבוקים לחבריכם, אף אחד לא יידע איך הצלחתם להכניס אותם פנימה.
אחרי שהאצטרובלים נפתחו לגמרי מומלץ לפקוק את הבקבוקים כדי לא לאפשר לאוויר לח לחדור פנימה ולגרום לאצטרובלים להיסגר מחדש.

ברצוני להודות לאלון שחם, רכז החינוך והתוכן בגן המדע, על הרעיון לניסוי ההמשך.