Es gibt unterschiedliche Strategien, mit denen sich Gewächse, Bäume und Pflanzen im Winter vor frostigen Temperaturen schützen. Forscher berichten nun, dass die Evolution diese einst dafür vorgesehen hatte, um mit Dürreperioden zurecht zu kommen.
Wissenschaftler rekonstruieren den Verlauf der Evolution
Sobald der erste Frost droht, machen die Menschen den eigenen Alltag winterfest. So werden etwa Autoreifen gewechselt, die Scheibenwischanlagen von Autos geprüft und isolierte Wasserleitungen trockengelegt. Doch der harte Winter ist nicht nur für uns Menschen, sondern auch für Pflanzen eine große Herausforderung. Wie diese gemeistert wird, wurde nun von Biologen untersucht. Forscher der George Washington University aus der US-Hauptstadt berichten darüber, anhand welcher Maßnahmen sich Blütenpflanzen auf die kalte Jahreszeit einstellen. Die Wissenschaftlerin Amy Zanne sowie ihre Kollegen schreiben in der britischen Fachzeitschrift "Nature" darüber, wie im Laufe der Evolution diverse Mechanismen entstanden sind, um die Pflanze vor Frost zu schützen. Hierin geben sie insbesondere Hinweise auf die Entstehung der Kälteresistenz von Gewächsen. Im Rahmen dieser Studie haben die Forscher den Stammbaum von über 32.000 Blütenpflanzen nachgezeichnet. Hiermit können die Forscher rekonstruieren, auf welche Weise dies geschehen ist. Bisher hatten die Wissenschaftler noch kein Gesamtbild darüber, wie sich Blätter und Sprossachse an frostige Temperaturen angepasst haben. Doch nun erlaubt die Stammbaumanalyse Einblicke darüber, wie, wo und wann im Laufe der Evolution diese Schutzmechanismen entstanden sind.
Frost kann lebenswichtiges Gewebe zerstören
Für Pflanzen sind Temperaturen unter dem Nullpunkt deshalb gefährlich, weil der Forst das Gewebe unwiderruflich schädigen könnte. Denn durch das Gefrieren und Auftauen des Wassers, könnten laut Zanne die Wasseradern von Luftblasen blockiert werden. Gelangen Luftblasen in das Wassertransportsystem der Pflanze, werden die Lebensadern unterbrochen. Dadurch kann das Wasser von den Wurzeln nicht mehr zu den Blättern gelangen, wodurch die Pflanze stirbt.
Die ersten Blütenpflanzen wuchsen noch in tropischen und warmen Gefilden auf. Hierauf deuten Rekonstruktionen der Klimaverhältnisse der Vorzeit sowie Fossilfunde hin. Solche Blütenpflanzen, die in warmen Umgebungen beheimatet waren, werden als Bedecktsamer bezeichnet. Fast 50.000 Bedecktsamern wurden für die Studie herangezogen. Die Pflanzen haben sich über die Jahre nach und nach auch an das kühlere Klima angepasst. Dies war auch überlebensnotwendig, zumal durch das Vordringen in kältere Regionen diverse Strategien entwickelt werden mussten, um mit eisigen Temperaturen zurecht zu kommen. Einige Pflanzen wie Fingerkraut oder Steinbrech sind sogar in der Lage, Kälteperioden von minus 15 Grad problemlos zu überstehen.
Verengte Lebensadern sichern Transport bei Minusgraden
Im Gegensatz zu Tieren, können sich Pflanzen weder warmzittern noch vor der Kälte fliehen. Insbesondere das Eis macht der Pflanzenwelt zu schaffen. Die ersten Blütenpflanzen besaßen eine lange Sprossachse oder einen Stamm. Viele Pflanzen hatten sich zunächst in Richtung der Kräuter entwickelt. Essentielle Bestandteile lagen frostgeschützt unterhalb der Erdoberfläche - alle oberirdischen Teile starben dagegen in den kalten Wintermonaten ab. Auf diese Art angepasst, hätten die Pflanzen auch in kältere Gebiete vordringen können. Erst im Laufe der Evolution ergaben sich weitere Anpassungen an die frostige Jahreszeit. Hierzu gehört etwa das Abwerfen der Blätter, etwa so, wie wir es von Laubbäumen wie Eichen kennen. So wird der Wasserstransport von den Wurzeln zu den Baumkronen aufgehalten, noch bevor der erste Frost einsetzt. Erst wenn die Temperaturen im darauffolgenden Frühjahr wieder steigen, wächst neues Laub und über die Verdunstung kommt der Flüssigkeitstransport an den Blättern erneut in Gang.
Ein weiterer Schutz vor übermäßiger Kälte ist der transportsichere Aufbau der Transportadern. Mit der Zeit wurden diese immer enger, so dass sich darin beim Auftauen und Einfrieren keine Luftblasen mehr bilden konnten. Nadelbäume besitzen etwa derartig enge Adern, weshalb sie selbst bei extremen Minustemperaturen immergrün sind. Auch Pappeln und Birken schützen sich so vor Vereisung.
Überwinterung als Samenkorn
Eine weitere Strategie ist die Überwinterung als Samenkorn - also der partielle Tod der Pflanze. Im Winter lassen insbesondere krautartige Pflanzen ihre überirdisch wachsenden Bestandteile absterben. Im Frühjahr wachsen dann entweder neue Triebe aus der Wurzel oder, falls die Triebe ebenfalls abgestorben sind, überwintern sie als Samenkörner.
Wissenschaftler der Macquire Universität in Australien und des National Evolutionary Synthesis Center in North Carolina forschten nach dem Ursprung diese Kältestrategien. Dabei kamen sie zu dem erstaunlichen Ergebnis, dass sie bereits existierten, als die Pflanzen noch gar nicht in kälteren Gefilden heimisch waren. Laut Amy Zanne wurden diese Strategien aufgrund anderer Umweltfaktoren zu Dürrezeiten entwickelt. Und eben diese Strategien bewähren sich sehr gut auch bei eisigen Temperaturen.
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