Prečo majú borovice tenké listy a stromy v trópoch široké?

Text vyšiel pôvodne na webe denníka Washington Post.

Špicatý, ikonický list javora. Veľké bujné palmové listy. Tenké listy osiky šuštiace v sviežom vzduchu.

Zrejme si viete vybaviť mnoho rôznych tvarov listov z rôznych miest. Vedeli ste však, že tvar listov ovplyvnilo aj to, kde sa vyskytujú?

„Každý list má príbeh a v každom liste je mnoho rôznych žánrov príbehov,“ hovorí Dan Chitwood, biológ z Michiganskej štátnej univerzity, ktorý sa špecializuje na vývoj listov.

Vizuálne charakteristiky listu - ako veľkosť a tvar okrajov - môžu pomôcť vyrozprávať jeho príbeh, vrátane podmienok, v ktorých rastie, a dokonca aj stôp jeho evolučnej histórie.

Listy, zjednodušene povedané, sa líšia od miesta k miestu.

„Všetci to tak nejako intuitívne vieme, však?“ povedal Dan Peppe, paleobiológ na Baylorovej univerzite, ktorý skúmal, ako klíma ovplyvňuje vlastnosti listov.

„Ak ideme na rôzne miesta, vieme, že rastliny budú iné. A často je to tak, že rastliny sú iné preto, lebo je tam iné podnebie. Rastliny sú naozaj skvelým, zaujímavým a citlivým ukazovateľom ekosystému.“

Ako sa tvarujú listy?

Všetko na liste - od hladkosti jeho povrchu až po štruktúru žiliek a ich členitosť - je súčasťou jeho funkcie. Dokonca aj stromy toho istého druhu môžu mať v rôznych klimatických podmienkach veľmi odlišne vyzerajúce listy.

Okrem celkového tvaru a štruktúry žiliek je dôležitá aj hrúbka listu - predstavte si kožovitú magnóliu a papierovo tenkú osiku - a tiež veľkosť, štruktúru buniek a chlpatosť ich povrchu.

Každá z týchto vlastností je výsledkom prispôsobenia alebo optimalizácie, ktorá pomáha listom absorbovať slnečné svetlo, distribuovať vodu, regulovať tepelné straty, vyhýbať sa škodcom alebo riešiť iné problémy, ktoré sú špecifické pre prostredie, v ktorom sa listy nachádzajú.

Podľa Peppeho tvar listov ovplyvňujú dva hlavné faktory: evolučná história a prostredie.

Žilnatina javorového listu. (zdroj: ADOBE STOCK)

Vezmime si javorový list. Druhy javorov pochádzajú z mnohých oblastí sveta, pretože pred miliónmi rokov mali spoločného predka. Napríklad aj v rámci Severnej Ameriky môže mať ten istý druh javora červeného v rôznych teplotných podmienkach výrazne odlišné listy.

V jednej štúdii výskumníci zasadili semená javora červeného z Ontária a javora červeného z Floridy na chladnom Rhode Islande aj na teplej Floride. Zistili, že semená z Ontária pestované na Floride mali listy s vlastnosťami typickými pre teplejšie počasie. Ostrohranné listy sa v chladnom počasí zmäkčili do jemnejších kriviek.

Naopak, floridské semená pestované na Rhode Islande vytvárali listy s vlastnosťami typickými pre chladnejšie počasie. Jemnejšie tvary listov z teplého počasia sa stali ostrejšími, s väčším počtom zubov a zubatými špičkami.

„Pozorujeme, že niektoré rastliny sú takpovediac tvárne. Sú schopné prispôsobiť sa rôznym klimatickým podmienkam,“ povedal Peppe.

Iné výskumy našli súvislosti, ako napríklad medzi zemepisnou šírkou a tvarom (bližšie k rovníku = jednoduchšie listy), teplotou a zúbkami (chladnejšie podnebie = viac zúbkov) a vlhkosťou a veľkosťou (vlhšie prostredie = väčšie listy).

Listy osiky. (zdroj: ADOBE STOCK)

Prečo toľko tvarov?

Vedci nevedia, ale tušia, prečo sú tvary také rôznorodé.

Hlavným účelom listov je fotosyntéza, teda využívanie svetla na premenu oxidu uhličitého na cukry a kyslík, ktoré následne slúžia ako zdroj energie pre takmer všetky živé organizmy.

„Rozmanité listy vykonávajú naozaj dôležitú prácu. Sú základom života na Zemi,“ povedala Erika Edwardsová, profesorka ekológie a evolučnej biológie na Yaleovej univerzite, ktorá skúmala, ako sa rastliny snažia optimalizovať pre fotosyntézu.

Súvisiaci článok Súvisiaci článok Bude viac úrody a stromov, keď ďalej porastú hladiny oxidu uhličitého? Čítajte 

Edwardsová načrtla niekoľko možných teórií o tvare listov vrátane toho, že usporiadanie výbežkov by mohlo ovplyvniť prúdenie vzduchu a vstrebávanie oxidu uhličitého alebo že kratšie rastové obdobia v chladnom podnebí by mohli sústrediť rast listov okolo žilového systému, čo by podporilo vývoj výbežkov.

Jej tím predstavil novú hypotézu, podľa ktorej určité tvary výbežkov umožňujú, aby sa drobné listy vnútri púčikov skladali kompaktnejšie, takmer ako origami.

Veľkosť je jednou z vlastností, ktorej vedci celkom dobre rozumejú, tvrdí Ian Wright, ktorý ako hlavný vedecký pracovník na Hawkesbury inštitúte pre životné prostredie na univerzite Western Sydney skúmal veľkosť listov v závislosti od klímy.

Predstavte si typický strom v našom podnebí v porovnaní so stromami v tropickom dažďovom pralese.

Tenké listy borovice - ihlice - sa svojím tvarom chránia pred zimou. (zdroj: WIKIMEDIA/CC)

Veľké a široké listy v dažďovom pralese podľa Wrighta zachytávajú viac slnečného svetla, ale zároveň strácajú viac vody, keď sa snažia ochladiť takú veľkú plochu. Tento kompromis funguje dobre, pretože vody je dostatok.

V suchších a chladnejších severských lesoch je však regulácia tepla väčším problémom. Borovice tam majú zhluky supertenkých ihličkovitých listov, ktoré sa navzájom izolujú, podobne ako husia koža pomáha udržať teplo, keď je vám zima (ihlice sú typickým listom ihličnatých stromov, sú úzke a tvrdé a zvyčajne opadávajú priebežne počas roka, pozn. red.).

V konečnom dôsledku neexistuje žiadny ideálny tvar listov a aj v rovnakom prostredí môžu dobre fungovať rôzne listy. Napríklad sasafras, ktorý pochádza z východnej časti Spojených štátov, má na tom istom strome tri rôzne tvary listov.

„Neexistuje žiadna evolučná výhoda jedného tvaru oproti druhému,“ povedala Susan Pellová, výkonná riaditeľka americkej Národnej botanickej záhrady. V takom prípade by podľa nej mohli byť rôzne tvary jednoducho genetickými pozostatkami procesu prírodného výberu.

Rôzne listy stromu sasafras. (zdroj: WIKIMEDIA/CC/ Randy Everette)

A čo zmena klímy?

Niektoré stromy môžu žiť stáročia, ale ak sa ich prostredie stane menej priaznivým, zmôžu len málo a musia trpieť. Týmto spôsobom, hovorí Chitwood, slúžia ako „hliadka klimatickej zmeny“.

Najnovšie štúdie podľa Edwardsovej naznačujú, že rastliny budú dramaticky trpieť v podmienkach spôsobených globálnou zmenou klímy, najmä vyššími teplotami a suchom.

Vzhľadom na spôsob šírenia semien sa rastliny „už milióny rokov presúvajú po celom svete v reakcii na klimatickú zmenu“, hovorí Edwardsová. „Ale ani zďaleka to nebolo také rýchle ako teraz. Myslím, že ľudia očakávajú, že dôjde k veľkému vymieraniu.“

Stromy môžu svoje listy trochu upraviť, aby lepšie prežili, ale majú svoje limity.

„Keď uvažujem o zmene klímy, myslím najprv na rastliny, pretože prežitie ľudstva v mnohých ohľadoch závisí od rastlín,“ povedal Chitwood.

„V dôsledku zmeny prostredia sú to nakoniec reakcie rastlín, ktoré nás buď zničia, alebo nám pomôžu prežiť.“

„V celom tomto veľkom cykle sú listy ako poslovia.“

Autor: Leslie Shapiro