Reklama
Polityka_blog_top_bill_desktop
Polityka_blog_top_bill_mobile_Adslot1
Polityka_blog_top_bill_mobile_Adslot2
niedowiary - blog (szalonych) naukowców niedowiary - blog (szalonych) naukowców niedowiary - blog (szalonych) naukowców

23.06.2011
czwartek

Rosła kalina z liściem szerokiem?

23 czerwca 2011, czwartek,

Wpis JTy o różnolistnej roślinie sprowokował mnie do wypowiedzi dłuższej niż klasyczny komentarz. Myślę, że niemal całą ekologię dałoby się zilustrować przykładami dotyczącymi liści, poczynając od ekofizjologii i energetyki z produktywnością, przez ekologię interakcji, evo-devo po ekologię ewolucyjną. To, że podręczniki ekologii zawłaszczyły rozwielitki, ptaki, gryzonie i mrówki jest wysoce niesprawiedliwe.

Liście to organy bardzo ważne, bo odpowiedzialne są za produkcję, ale muszą być kompromisem, bo im lepiej nadają się do fotosyntezy, tym są atrakcyjniejszym pokarmem. Z jednej strony jest to pole do popisu wyścigu zbrojeń między roślinożercami a kolcami, cierniami i truciznami. Z drugiej zaś trawy poszły w zupełnie inną stronę, nie broniąc się zbytnio przed zjedzeniem. Za to ich nieskomplikowane liście odrastają szybko, a ostatecznie po paru milionach lat koewolucji olbrzymie obszary pokryte są właśnie morzem traw ze stadami trawożerców, a dawne zarośla broniących się roślin i stada liściożernych prakopytnych zanikły.

Liść nie tylko służy do fotosyntezy. Liść to pompa, można powiedzieć, że ulistnienie jest analogiem płuc i serca. Transport wody i rozpuszczonych w niej substancji z podłoża ku organom jest częściowo napędzany z użyciem energii, częściowo przez hydrostatykę kapilar, ale główną siłą jest zasysanie z parujących liści. Gdyby na końcu liści nie było szpar, przez które nieustannie wyparowuje woda, strumyki wody wypełniające wiązki przewodzące prędzej czy później przerwałyby się i zapowietrzyły, a roślina nie ma na podorędziu hydraulika. Dlatego to parowanie musi trwać zawsze, nawet u roślin pustynnych. Im to parowanie jest intensywniejsze, tym dłuższe kapilary może obsłużyć i to dlatego drzewa w lasach deszczowych (zarówno równikowych, jak i tych z Oregonu) mogą osiągać kilkakrotnie większą wysokość niż drzewa terenów suchych. Aby zwiększyć długość krawędzi, przez które ucieka woda w stosunku do powierzchni, blaszki liścia dzielą się i to dlatego wiele z takich drzew ma liście pierzaste czy palczaste albo choćby piłkowane. Przeciwieństwem są liście drzew sucholubnych, najczęściej przybierające kształt łusek, czy wręcz wałeczkowatych igieł, tak aby powierzchnia parowania była jak najmniejsza w stosunku do powierzchni fotosyntezy.

Liście to efemeryczne organy. W skali życia drzewa rzędu dziesiątek, setek, a nawet tysięcy lat, rząd miesięcy lub lat wydaje się mało ważny. Liść powstaje, trwa jakiś czas i opada. Jak wypadający włos. Jednak włos jest martwym wytworem, a liść jest pełnoprawnym organem zbudowanym z różnych tkanek. To wcale nie jest oczywiste, że musi opadać. A jednak okazuje się, że liść się szybko starzeje i po pewnym czasie koszty jego funkcjonowania stają się wyższe niż koszt wytworzenia nowego liścia. W podręcznikach ekologii są odpowiednie wykresy, gdzie krzywa zysków rośnie asymptotycznie, aż do punktu, w którym przecina się z krzywą kosztów. Przyznam, że nie do końca wiem, na czym to polega. O starzeniu zwierząt napisano miliony stron tekstów popularnonaukowych. Telomery, wolne rodniki, to, tamto. Mniej więcej wiadomo, jak komórki się starzeją i umierają, i jak to przebiega u zwierząt. A jak to jest u roślin wie mało kto. Tak czy owak jednak, niemal wszystkie liście po paru miesiącach czy latach życia opłaca się zrzucić, a nie jak bulwy, kłącza czy łodygi nadziemne utrzymywać. Nieco inaczej jest u mszaków, czy welwiczii, ale to wyjątki. Zwłaszcza że mchy same z siebie są zwykle dość krótkowieczne, z wyłączeniem torfowców, u których za to drewnieją i obumierają całe dolne fragmenty ciała, nie tylko liście.

Kiedy już pogodzimy się z tym, że liście muszą opaść, pozostaje pytanie, dlaczego jedne opadają po roku wszystkie naraz, a inne po kilku latach w sposób tak niezsynchronizowany, że roślina jako całość nigdy nie pozostaje naga. Tu też ekolodzy z matematycznym zacięciem wyrysowali piękne wykresy. Otóż wszystko rozbija się o długość sezonu wegetacyjnego. Sezon wegetacyjny to czas, gdy ulistnienie przynosi przychód, a okres poza sezonem, to czas gdy przynosi tylko koszty. Jeżeli sezon wegetacyjny jest długi (w klimacie równikowym trwa wręcz cały rok), przychód rośliny zawsze przewyższa koszty. Opłaca się mieć stare, duże liście, a nie wytwarzać młode, niewykształcone. (Po jakimś czasie oczywiście stary liść jest nadgryziony zębem czasu i nieraz zębem mniej metaforycznym i odpada, ale roślina jest wiecznie zielona). Kiedy sezon wegetacyjny jest bardzo krótki (np. w klimacie zwrotnikowym albo borealnym), przychody są niskie, ale i koszty utrzymania mogą być stosunkowo niskie, a już na pewno niższe niż koszty wytworzenia młodego liścia, który zanim dobrze się wykształci, pokryje kutykulą itd. już staje się na kilka miesięcy bezużyteczny, bo klimat nie pozwala na życie. I to właśnie nie tylko bezużyteczny, ale przynoszący straty – liść nawet w czasie suszy (mróz to też susza fizjologiczna, bo woda zamarznięta to tak, jakby jej nie było) wyparuje te resztki wody z tkanek. Dlatego gdy już takiego liścia się wykształci, to nie można sobie pozwolić na łatwą utratę, a brak liści gotowych na fotosyntezę od początku wiosny, mogłoby nie wystarczyć na odbudowanie zimowych strat. Natomiast gdy sezon spoczynkowy jest znacząco krótszy od sezonu wegetacyjnego, ale mimo to ma długość wystarczającą, by przynieść istotne straty, opłaca się zrzucić wszystkie liście przed nadejściem suszy.

Ważny jest więc kształt liści będący kompromisem między potrzebami parowania i fotosyntezy. Ważne jest ich ułożenie. Ważny jest czas życia. A to wszystko jest miejscem, gdzie matematyka gra dużą rolę, bo ekonomia i ekologia nieprzypadkowo mają podobny źródłosłów.

Piotr Panek

Rys. Debivort, Wikimedia Commons. Licencja CC 3.0

Reklama
Polityka_blog_bottom_rec_mobile
Reklama
Polityka_blog_bottom_rec_desktop

Komentarze: 10

Dodaj komentarz »
  1. Rzeczywiscie, czy ktos bada proces starzenia sie u roslin? To tak jakbysmy mieli Matuzalema pod reka i nie interesowali sie tym dlaczego on tak dlugo zyje, a badali to tylko malolatow (np. C. elegans).

  2. Jak się wrzuci w wyszukiwarkę „plant ageing” albo „senescence” to coś wyskakuje, więc coś się bada, ale jest tego chyba znacznie mniej. W końcu z badań nad C. elegans są większe szanse na eliksir młodości dla ludzi niż z badań nad A. thaliana. (Przypomniało mi się opowiadanie fantastyczne mojego znajomego, w którym pewne laboratorium pracujące nad procesami starzenia zatrudniło młodą i brzydką stażystkę, kiedy okazało się, że ostatnim brakującym składnikiem jest… krew dziewicy 🙂 )

    W każdym razie, wyszukiwarka poza serią artykułów o wolnych rodnikach itp. wysoko daje artykuł przeglądowy „Ageing in plants” http://dx.doi.org/10.1016/S0047-6374(01)00420-1 , w którego abstrakcie jest takie coś: „It is concluded that most plants do not age in the strict gerontological sense and that extremely long-lived forms like trees and clonal creeping perennials are sustained by selection and correction at the level of semi-autonomous cell lineages.”

  3. Wlasnie z tego, co cytujesz wynika, ze najlepiej jednak badac dlugowiecznosc u roslin. To, ze nie starzeja sie w ogole jest zagadkowe, a te semi-autonoumus etc to tylko wymowka naukowcow, ktorzy tak malo na ten temat wiedza.

  4. Reklama
    Polityka_blog_komentarze_rec_mobile
    Polityka_blog_komentarze_rec_desktop
  5. No, można by właśnie przebadać takiego Matuzalema: http://pl.wikipedia.org/wiki/Methuselah

  6. A o grzybach ktoś coś wie? Jak sobie o tym Matuzalemie myślę, to spodziewam się, że ciągle ma mikoryzę z tą samą grzybnią, od samego początku aż do teraz.

  7. Z przeglądu literatury wygląda na to, że coś tam się bada, ale moja wiedza o tym jest jeszcze mniejsza. A zważywszy na to, że z grzybami jesteśmy bliżej spokrewnieni niż z roślinami, takie badania mogłyby być bardziej obiecujące dla grantodawców.

  8. a bakterie?
    podobno trzymaja rekord dlugowiecznosci…

  9. @byk
    Tu wkraczamy pełną gębą na pole rozważań o tym, czy osobnik podzieliwszy się na dwa zachowuje swój wiek, czy powinno się go mierzyć od nowa. Jeśli się nie mylę, to ten rekord, a nawet obwoływanie nieśmiertelnymi, bierze się z założenia, że zachowuje on swoją osobowość 🙂 (Rozumiem, że nie chodzi o stan anobiozy itp., tylko o prawdziwe, aktywne życie).

  10. Tak się zastanawiałem i chciałbym postawić pytanie lepiej znającym się na rzeczy:

    Czy u roślin, grzybów, etc. istnieją nierozmnażające się, żywe i istotne dla całego organizmu komórki, których czas życia jest z grubsza taki sam jak całego organizmu?

    Mam bowiem przeczucie, że proces starzenia się fundamentalnie dotyka poszczególnych nierozmnażających się komórek i organizm, który nie jest od nich zależny omija barierę swojego wieku, mogąc się całkowicie przebudować.

  11. Dobre pytanie (na które nie znam odpowiedzi). Kiedy mówimy o długowiecznych roślinach, mamy na myśli drzewa (choć tak naprawdę, to nie wiem, jak długo może żyć klon np. trzciny), a ich ciała w większości są martwe. Drewno jest zbudowane z martwych komórek, podobnie korkowaciejąca kora, żywe jest łyko, miękisz i skórka liści, które są przecież krótkowieczne i merystemy. Merystem, czyli tkanka wzrostowa właśnie wciąż się namnaża (choć nie wiem, w jakim tempie u tych już parotysiącletnich czy nawet kilkusetletnich drzew), więc tam muszą istnieć jakieś mechanizmy naprawcze jakoś analogiczne do tych u zwierząt. Nie wiem tak naprawdę, jak długo żyją komórki łyka – czy są również kilkusetletnie, czy podobnie jak komórki miękiszu są wymieniane co jakiś czas. Trochę to przypomina sytuację, jak u koralowców, gdzie wielka masa to martwy szkielet, a żywą tkankę tworzą tylko dwie warstwy komórek. U kręgowców to by przypominało sytuację z wielką masą kości pokrytych cienką warstwą żywej skóry i martwego naskórka. A jak to u grzybów, to w ogóle nie wiem, poza tym, że owocniki są krótko żyjące.

css.php