গাছ কেন লম্বা হয়?

তালগাছ এক পায়ে দাঁড়িয়ে

সব গাছ ছাড়িয়ে

উঁকি মারে আকাশে...

রবিঠাকুরের এই পঙ্‌ক্তিগুলো পড়ে খুব জানতে ইচ্ছে হয়েছে যে গাছ কী করে এত লম্বা হতে পারে!

কিন্তু সচরাচর আমাদের মনে হয়, গাছ আর কতই–বা লম্বা হয়, এই বড়জোর তিনতলা দালানের সমান (অর্থাৎ প্রায় ১০ মিটার) হবে হয়তো। কিন্তু যুক্তরাষ্ট্রের ক্যালিফোর্নিয়ায় অবস্থিত রেডউড ন্যাশনাল পার্কে একটা গাছ আছে, যার উচ্চতা প্রায় ১১৬ মিটার। তাকে আদর করে সবাই হাইপেরিওন ডাকে, গ্রিক পৌরাণিক কাহিনির এক দানবের নামে নাম। সেটি কোস্ট রেডউড (Sequoia sempervirens) প্রজাতির একটি গাছ। ওই পার্কে একই প্রজাতির আরও গাছ আছে, তবে হাইপেরিওন তাদের মধ্যে সবচেয়ে লম্বা। রেডউডের জীবনচক্রের সাপেক্ষে হাইপেরিওনকে উঠতি তরুণ বলা যায়, মাত্র ৬০০ বছর তার বয়স। মানুষের হিসাবে বললে ২০ বছরের টগবগে যুবক। কিন্তু প্রশ্ন হলো, হাইপেরিওন অত লম্বা হলো কী করে? শর্করা তৈরির জন্য কার্বন ডাই-অক্সাইড সে বাতাস থেকে পাচ্ছে আর সূর্যালোকের অভাব নেই; তবে বিপাক ক্রিয়ার জন্য দরকারি পানি আর খনিজ লবণ তো মাটি থেকে আসতে হবে। হাইপেরিওন অত উঁচুতে তা টেনে তুলছে কীভাবে? আমাদের জানামতে, গাছের মধ্যে তো হৃৎপিণ্ডের মতো কোনো পাম্প নেই।

আমরা স্কুলে জেনেছি, ভূমি থেকে h উচ্চতা পর্যন্ত পানি বা যেকোনো তরল নিরবচ্ছিন্নভাবে উঠতে পারে, যদি সর্বনিম্ন ও সর্বোচ্চ বিন্দুর চাপের পার্থক্য ΔP = hρg [সমীকরণ # ১] হয়, যেখানে ρ হলো তরলের ঘনত্ব আর g অভিকর্ষজ ত্বরণ। স্বাভাবিক তাপমাত্রা (25^০ C) ও চাপে (101325 Pa) পানির ρ = 1000 kg/m³ ধরলে এমন কিছু ভুল হয় না। এ ক্ষেত্রে হাইপেরিওনের আগা থেকে গোড়া পর্যন্ত গড়ে g = 9.8 m/s² ধরে নিচ্ছি। সে হিসাবে ΔP = 116 x 1000 x 9.8 = 1136800 Pa হওয়ার কথা, যা কিনা স্বাভাবিক বায়ুমণ্ডলীয় চাপের প্রায় ১১ গুণ! গাছের আগার চেয়ে গোড়ায় পানির এতটা বেশি চাপ তো বায়ুমণ্ডল থেকে আসতে পারে না। যদি ধরে নিই যে গাছের সর্বোচ্চ বিন্দুতে চাপ শূন্য, তবু তো চাপের পার্থক্য হয় এক বায়ুমণ্ডলীয় চাপ (101325 Pa) পরিমাণ। সে হিসাবে কোনো গাছের উচ্চতা h = ΔP/ρg = 101325/(1000 x 9.8) ≈ 10h মিটারের বেশি হওয়ার কথা নয়। তাহলে কি গাছের মধ্যে সত্যিই কোনো পাম্প আছে, যেটা হৃৎপিণ্ডের মতো কাজ করে?

কিন্তু না, সংকোচন-প্রসারণের মতো কোনো ব্যাপার তো নেই-ই, বরং যে পাইপের মধ্য দিয়ে মূল থেকে শুষে নেওয়া পানি ওপরের দিকে ওঠে, সেটা মৃতকোষ দিয়ে তৈরি! গাছের পানি পরিবহন দুই ধরনের টিস্যুর মধ্য দিয়ে ঘটে, জাইলেম ও ফ্লোয়েম। জাইলেম পানি ওপরে ওঠায় আর ফ্লোয়েমের মধ্য দিয়ে পানি নিচের দিকে নামে। পানি ছাড়া আরও জিনিস এসব টিস্যুতে চলাচল করে, তবে আপাতত মাথা ঘামাব শুধু জাইলেমের মধ্য দিয়ে পানি পরিবহনের ব্যাপারে। ফ্লোয়েমের মধ্য দিয়ে জিনিসপত্র চলে অভিকর্ষের দিকে, ওপর থেকে নিচে। বিষয়টা বুঝতে আইনস্টাইন হওয়ার দরকার নেই। তবে জাইলেমের প্রাণহীন কোষগুলোর মধ্য দিয়ে পানি অভিকর্ষের বিপরীতে গিয়ে কী উপায়ে বায়ুচাপের ১০ গুণের বেশি চাপ সৃষ্টি করতে পারে, সেটাই আশ্চর্যের বিষয়।

মাটি থেকে পানি শোষণের সময় একধরনের চাপ সৃষ্টি হতে পারে, যাকে বলে মূলচাপ (root pressure)। বিষয়টি অভিস্রবণের (Osmosis) সঙ্গে সম্পর্কিত। ঘন লবণ পানিতে আঙুর রাখলে যে কারণে তা চুপসে কিশমিশ হয়ে যায়, সেই ঘটনাটার কথা বলছি। আঙুরের ভেতরে লবণের সাপেক্ষে পানির আনুপাতিক পরিমাণ যতটা, তার তুলনায় আঙুরের বাইরে থাকা দ্রবণে পানির আনুপাতিক পরিমাণ কম। কেননা, সেখানে অনেকটা লবণ দেওয়া হয়েছে। এ জন্য আঙুরের অর্ধভেদ্য ত্বক ভেদ করে পানি বাইরে চলে যায়, যতক্ষণ না ভেতরে ও বাইরে পানি-লবণের সমতা আসে। অনেকটা একই রকম ঘটনা ঘটে, যখন মাটি থেকে উদ্ভিদের মূলে পানি ঢোকে। মাটির কণার ফাঁকে ফাঁকে থাকা লবণ–পানির দ্রবণটি, মূলের কোষগুলোর ভেতরকার সাইটোপ্লাজমীয় লবণ–পানির দ্রবণের চেয়ে সাধারণত পাতলা হয়। এ জন্য অভিস্রবণের মাধ্যমে পানি মূলের বাইরে থেকে ভেতরে ঢোকে। এতে মূলের নিচ থেকে ওপরের দিকে পানির একটা চাপ সৃষ্টি হয়, এটাই মূলচাপ। তাহলে কি মূলচাপের কারণে পানি জাইলেমের মধ্য দিয়ে অভিকর্ষের বিপরীতে ওঠার শক্তি পায়?

তা কিছুটা পায় বটে। তবে সব সময় যে মাটির রস মূলরোম কোষের রসের চেয়ে পাতলা হয়, তা নয়। কখনো কখনো এর উল্টোটাও ঘটে। তখন মূলরোম কোষের ঝিল্লিতে থাকা প্রোটিন-নির্মিত বিশেষ ধরনের আণুবীক্ষণিক নালিপথে স্রোতের বিপরীতে পানিকে ভেতরে ঢোকাতে হয়। এতে রীতিমতো শক্তি খরচ হয়। তবে মূলচাপের দ্বারা জাইলেমে যথেষ্ট পরিমাণ চাপ প্রয়োগ করা সম্ভব নয়। এখন পর্যন্ত বেশির ভাগ উদ্ভিদে মূলচাপ যা মাপা হয়েছে, তা 200000 Pa–এর কম। তার মানে, সমীকরণ # ১ অনুসারে হিসাব করলে দেখা যায়, শুধু মূলচাপ কাজে লাগিয়ে পানি সর্বোচ্চ h = ΔP/ρg = 200000/(1000 x 9.8) ≈ 20 মিটার পর্যন্ত উঠতে পারে। তবে প্রকৃতপক্ষে জাইলেম নালিকার মধ্যকার অমসৃণতা এবং অন্যান্য কারণে শুধু মূলচাপ ব্যবহার করে কোনো উদ্ভিদে 7 মিটারের চেয়ে উঁচুতে পানি ওঠানো গেছে, এমন প্রমাণ নেই।

উদ্ভিদের মধ্য দিয়ে পানির ওপরে ওঠার রহস্যভেদ করতে হলে জাইলেম নালিকা বা পানি তোলার পাইপটাকে ভালোভাবে বুঝতে হবে। নলটি কিন্তু খুব সরু, গড়ে 8-100 মাইক্রোমিটার (সর্বনিম্ন 8 x 10-6 মিটার) এর ব্যাসার্ধ। তার মানে, একে কৈশিক নল হিসেবে বিবেচনা করা যায়। আমরা জানি, কৈশিক নলের মধ্য দিয়ে পানি আপনাআপনি ওপরে উঠতে পারে। কিন্তু কতটা ওপরে? জুরিনের নীতি অনুসারে, কৈশিক নলের ভেতরকার পানি বা যেকোনো তরল নিজে নিজেই ভূমি থেকে সর্বোচ্চ h = 2γ/ρgr [সমীকরণ # ২] উচ্চতা পর্যন্ত উঠতে পারে; যেখানে γ ও ρ হলো যথাক্রমে তরলের পৃষ্ঠটান ও ঘনত্ব, g অভিকর্ষজ ত্বরণ এবং r হলো কৈশিক নলের ব্যাসার্ধ। স্বাভাবিক তাপমাত্রা (25^° C) ও চাপে (101325 Pa) পানির পৃষ্ঠটান 0.072 N/m আর বাকি রাশিগুলোর মান আগের মতোই। তাহলে শুধু কৈশিক ক্রিয়ার প্রভাবে পানির পক্ষে জাইলেম নালিকার মধ্য দিয়ে সর্বোচ্চ 2 x 0.072/(1000 x 9.8 x 8 x 10^-6) ≈ 2 মিটার উচ্চতায় ওঠা সম্ভব।

গাছ তবে পানিকে শত মিটার উচ্চতায় ওঠায় কীভাবে? এটা এখনো একরকম অমীমাংসিত রহস্য। কিন্তু সেই রহস্যভেদের কিছু সূত্র ইতিমধ্যে বিজ্ঞানীরা খুঁজে পেয়েছেন। এককথায় বললে, আমরা যে দুটি সমীকরণ এখানে ব্যবহার করেছি, সেগুলোর প্রয়োগ যথাযথ হয়নি। সমীকরণ # ১ ব্যবহার করার সময় আমরা ধরে নিয়েছি গাছের ওপরের প্রান্ত বা আগায় চাপ শূন্যের কম বা ঋণাত্মক হতে পারে না। কিন্তু সত্যি কি তাই? গ্যাসের বেলায় ঋণাত্মক চাপের কোনো মানে হয় না। কোনো বদ্ধ পাত্রের ভেতর যত কম গ্যাসীয় অণু থাকবে, তার চাপ তত কম হবে। পাত্রে যদি কোনো অণু না থাকে, তবে চাপ হবে শূন্য। কোনো পাত্রের মধ্যে ঋণাত্মকসংখ্যক গ্যাসীয় অণু থাকলে তার চাপ হবে ঋণাত্মক! সেটা অবাস্তব। অথচ তরল ও গ্যাসের সংযোগস্থলে চাপ শূন্যের নিচে নেমে যেতেই পারে।

পানির বাষ্পীভবনের কথা ধরা যাক। পানির উপরিপৃষ্ঠ থেকে যখন তার অণুগুলো বাতাসে উড়ে যেতে থাকে, তখন পানির সাপেক্ষে তার চাপ হয় ঊর্ধ্বমুখী। অন্যভাবে বললে পানি ও বাষ্পের সংযোগস্থলে পানির দিক থেকে চাপ ঋণাত্মক। এমন কোনো প্রক্রিয়া কি কাজ করছে, যাতে একই নিয়মে গাছের আগার দিকে ঋণাত্মক চাপের সৃষ্টি হচ্ছে? প্রস্বেদন ঠিক এই কাজটিই করছে। পাতা ও কাণ্ডে থাকা অজস্র আণুবীক্ষণিক ছিদ্র (পত্ররন্ধ্র) দিয়ে পানির বাষ্পীভূত হওয়ার নাম প্রস্বেদন। প্রস্বেদন একটি প্রচণ্ড রকম অপচয়মূলক প্রক্রিয়া।

কেননা এর মাধ্যমে মাটি থেকে উদ্ভিদের সংগৃহীত পানির প্রায় ৯৯ ভাগ আবার বাতাসে ফিরে যায়। কিন্তু তারপরও এটি প্রাকৃতিকভাবে নির্বাচিত হয়েছে, কেননা এটি ছাড়া বোধ হয় পানিকে অত উঁচুতে ওঠানো সম্ভব হতো না। অনেক সময় বাতাসের আর্দ্রতা বেশি থাকলে কিংবা গাছের পানি শোষণ বেড়ে গেলে পত্ররন্ধ্র দিয়ে পানি তরল আকারে ঝরতে থাকে। একেই সাধারণ মানুষ গাছের কান্না বলে মনে করে। সম্প্রতি দিনাজপুরে এ রকম একটি গাছের কথা পত্রিকায় এসেছে। পানি বের করা ছাড়াও পত্ররন্ধ্রের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ কাজ হলো বাতাস থেকে কার্বন ডাই–অক্সাইড শোষণ করা।

যাহোক, সমীকরণ # ১ অনুসারে প্রস্বেদনের মাধ্যমে হাইপেরিওনগাছটির আগায় স্বাভাবিক বায়ুমণ্ডলীয় চাপের ১০ গুণ ঋণাত্মক চাপ (প্রায়-1000000 Pa) সৃষ্টি হওয়ার কথা। পরীক্ষণে দেখা গেছে, তা হওয়া সম্ভব। তবে তার জন্য পানি-বাষ্পের সংযোগস্থলে পানির পৃষ্ঠতলের ব্যাসার্ধ জাইলেম নালিকার হাজার ভাগের এক ভাগ হতে হবে। খোলা অবস্থায় পত্ররন্ধ্রের ব্যাসার্ধ গড়ে 10-100 মাইক্রোমিটার; যা এই শর্ত পূরণ করে না। তার মানে, পানি মূল থেকে শোষিত হয়ে জাইলেমের মধ্য দিয়ে ওপরে উঠে শেষ পর্যন্ত পত্ররন্ধ্র থেকে বাতাসে মিলিয়ে গেলে যতটা ঋণাত্মক চাপ সৃষ্টি হতে পারে, তা গাছের শত মিটার উচ্চতার জন্য যথেষ্ট নয়। ছিদ্রগুলো আরও সূক্ষ্ম, 10 ন্যানোমিটার বা তার কম ব্যাসার্ধবিশিষ্ট হওয়ার কথা।

সমীকরণ # ২ প্রয়োগ করার সময় স্বাভাবিক বায়ুমণ্ডলীয় চাপ থাকে, এমনটা ধরে নেওয়া হয়েছে। কিন্তু প্রস্বেদনের মাধ্যমে পানি বাষ্পীভূত হওয়ার সময় ব্যাপারটা সত্যি না–ও হতে পারে। এমনকি ঋণাত্মক চাপও সৃষ্টি হতে পারে, তা একটু আগেই আমরা দেখলাম। তাই এই সমীকরণটিও আসলে গাছের উচ্চতার ব্যাপারটি ব্যাখ্যা করে না।

এখন পর্যন্ত আলোচনায় আমরা ধরে নিয়েছি যে গোড়া থেকে আগা পর্যন্ত পানির কলামটি নিরবচ্ছিন্ন। কেননা যদি তা না হয় তাহলে ক্যাভিটেশন (Cavitation) হওয়ার কথা। ব্যাপারটা হলো, স্বাভাবিক চাপে কোনো তরল যে তাপমাত্রায় ফুটতে শুরু করে, নিম্নচাপে সেই একই তরল আরও কম তাপমাত্রায় টগবগ করে ফুটতে থাকে। তাই মূল থেকে শীর্ষের দিকে যদি চাপ কমতে কমতে ঋণাত্মক হয়ে যায়, তবে কোনো একপর্যায়ে গিয়ে গাছের ভেতরকার পানিও ফুটতে শুরু করার কথা। এটাই ক্যাভিটেশন। কিন্তু চাপ কমিয়ে দিলেই যে তরল কম তাপমাত্রায় বাষ্পে পরিণত হতে থাকবে, এমন নয়। তার জন্য কোনো একটা বিন্দুতে কিছুটা হলেও শূন্যতা সৃষ্টি হতে হয়। অর্থাৎ পানির কলামটি যদি আগাগোড়া নিরবচ্ছিন্ন হয়, তাহলে ক্যাভিটেশন ঘটবে না। প্রকৃতপক্ষে গাছের ভেতরকার পানির কলাম সব সময় নিরবচ্ছিন্ন থাকে না। ফলে ক্যাভিটেশন হয়, কোনো কোনো উদ্ভিদে তার ফটফট শব্দও বাইরে থেকে শোনা যায়! কিন্তু বড়সড় কোনো ঝামেলা হওয়ার আগেই ক্যাভিটেশনের সেই শূন্যস্থান আশপাশের টিস্যু থেকে পানির অভিস্রবণের ফলে পূরণ হয়ে যায়। কীভাবে এত দ্রুত তা হয়, সেটা একটা রহস্য।

প্রাকৃতিক নির্বাচন বহু লক্ষ-কোটি বছরের অন্ধ পরীক্ষা-নিরীক্ষার মাধ্যমে জটিল সমস্যাগুলোর এমন আশ্চর্য সব সমাধান বের করেছে যে আমরা সম্প্রতি সেগুলো অনুকরণ করার মাধ্যমে আধুনিক সভ্যতার বিভিন্ন সমস্যার সমাধান খুঁজে পাচ্ছি। কীভাবে সবচেয়ে কম শক্তি ব্যয় করে ও কম খরচে এবং সহজে শততলা ভবনে পানি ওঠানো যায়, তার সমাধান খুঁজতে এখন তাই উদ্ভিদের পানি পরিবহনের রহস্য উদ্ঘাটনে মনোযোগী হচ্ছেন বিজ্ঞানীদের পাশাপাশি প্রকৌশলীরাও।

লেখক: চিকিৎসক, বঙ্গবন্ধু শেখ মুজিব মেডিকেল বিশ্ববিদ্যালয়