Wissenschaftler können Holz immer noch nicht definieren

Es scheint uns, dass wir wissen, was Bäume sind, aber selbst auf genetischer Ebene ist es sehr schwierig zu bestimmen, was sie genau von anderen Pflanzen unterscheidet

Dornkiefer

Vor einigen Jahren, nach dem Thanksgiving-Abendessen im Haus meiner Eltern in Vermont, traf ein Blitz einen Ahorn in unserem Garten. Wir hörten ein schreckliches Knacken und die Dunkelheit vor dem Küchenfenster wich für einen Moment einem hellen Licht. Und erst im Frühjahr konnten wir sicherstellen, dass der Baum tot war.

Dieser Ahorn war jung, sein Stamm überschritt nicht den Durchmesser des Desserttellers. Wenn sein Leben nicht durch eine Katastrophe verkürzt worden wäre, hätte er 300 Jahre leben können. Bei Bäumen ist der Unfalltod jedoch überraschend häufig. Manchmal geschieht dies aufgrund eines groben menschlichen Fehlers, als 2012 in Florida eine mehr als 3.500 Jahre alte Moorzypresse durch vorsätzliche Brandstiftung zerstört wurde. Unglück kommt häufiger in Form von schlechtem Wetter - Dürre, Wind, Feuer oder Frost. Und natürlich sind Bäume von Parasiten und Krankheiten betroffen. Ein Befall wie ein Pilz kann die Lebensdauer des Baumes spürbar verkürzen. Aber diese Bäume, die es geschafft haben, solchen Feinden auszuweichen, können unglaublich lange leben.

Wenn Sie eine Person beschreiben lassen, was einen Baum zu einem Baum macht, gehören zu den ersten Anzeichen eine lange Lebensdauer, Holz und Höhe. In vielen Pflanzen ist die Lebenserwartung vorhersehbar begrenzt (Wissenschaftler nennen dies programmiertes Altern), in Bäumen ist dies jedoch nicht der Fall - viele von ihnen leben jahrhundertelang hart. Es ist diese Eigenschaft, unbegrenztes Wachstum, die der Wissenschaft als Abgrenzungszeichen für Bäume dienen kann, sogar mehr als Holz. Aber das hilft bis zu einem gewissen Punkt. Es scheint uns, dass wir wissen, was Bäume sind, aber sie beginnen durch unsere Finger zu rutschen, wenn wir versuchen, sie zu identifizieren.

Bäume sind nicht in Gruppen zusammengefasst - ihr Stammbaum ist unterschiedlich, und sie haben verschiedene Merkmale erworben und unterschiedliche Strategien angewendet, um so zu werden, wie wir sie heute sehen. Nimm dir ein langes Leben. Der derzeitige Rekordhalter, die 5067 Jahre alte Dornkiefer, die in den White Mountains in Kalifornien hoch wächst, gilt als klassisches Beispiel für die Lebenserwartung von Methusalah-Bäumen. Pyramiden in Ägypten wurden gebaut, als dieser Baum bereits fast 500 Jahre alt war. Wissenschaftler schlagen vor, dass winterharte Dornkiefern ihren Widerstand dem Hauptwachstumsort verdanken: Sie vermeiden Brände im Tiefland und Parasiten, die unter rauen subalpinen Bedingungen nicht überleben. Riesenmammutbäume, die etwas unterhalb der Berge wachsen, in denen Kiefern wachsen, verfolgen einen völlig anderen Ansatz für die Langlebigkeit. Diese Monster - deren Stammdurchmesser 10 Meter erreichen kann - leben seit Tausenden von Jahren, widerstehen Feuer und Parasiten mit Hilfe von dicker und resistenter Rinde und vielen Substanzen, die als Repellentien dienen.

Etwa 400 Meilen östlich leben lebende Bäume, die wie spindelförmige Rispen aussehen, die sowohl Kiefern als auch Redwoods schlagen - wiederum mit einer völlig anderen Strategie. Espenförmige Pappel - ein Baum, der umarmt werden kann und selten über 15 m wächst - ist äußerst erfolgreich darin, neue Prozesse aus dem unteren Teil des Stammes freizusetzen. Infolgedessen erscheinen riesige Ketten von „Bäumen“, die genetisch tatsächlich ein Individuum sind und durch unterirdische Wurzeln verbunden sind. Es wird angenommen, dass die Pappelkolonien in Utah in Utah etwa 80.000 Jahre alt waren. Dann lebten noch auf der Erde Neandertaler.

Wenn wir der Überlegung Klone hinzufügen, verlieren die Bäume schnell ihren Vorrang an Langlebigkeit. Royal Holly ist ein leuchtend grüner Busch, der aus Tasmanien stammt (die Büsche gehören streng genommen nicht zu Bäumen, da ihnen ein zentraler, vorherrschender Stamm fehlt). Auf der Welt gibt es nur eine Population königlicher Stechpalmen, und Wissenschaftler glauben, dass all dies Klone sind. Obwohl es manchmal blüht, hat noch niemand seine Früchte gesehen. Eine kürzlich durchgeführte Radiokohlenstoffschätzung seines Alters ergab, dass er (sie?) Mindestens 43.000 Jahre alt ist.

Und in der kalifornischen Mojave-Wüste wächst ein Kreosotbusch , der als "König der Klone" bezeichnet wird und ungefähr 11.700 Jahre alt ist. Auf der Suche nach Zeichen, die die Definition von Bäumen kombinieren, ist die Langlebigkeit völlig unbefriedigend, wie Förster Ronald Lanner in einem Aufsatz von 2002 in Aging Research Reviews schreibt.

Andrew Gruver , ein Genetiker von der Pacific Southwest Forest Service Station in den USA mit Sitz in Davis, Kalifornien, hat lange über Bäume nachgedacht. Er gibt schnell zu, dass es ziemlich problematisch ist, sie zu identifizieren. „Wenn Sie in den Kindergarten gehen, werden Sie dort Pflanzen finden, die nach Art und Funktion in Kategorien unterteilt sind, einschließlich einer Gruppe, die zu„ Bäumen “gehört. 2005 schreibt er:„ Welche Gene machen einen Baum zu einem Baum? “In Trends in Plant Wissenschaft. Diese Kategorisierung ist intuitiv und praktisch, aber unnatürlich. “

Als Beispiel verweist Grover auf Holz als bestimmendes Merkmal von Bäumen. Das Holz "echter" Bäume (wir werden später darauf zurückkommen) erscheint im Prozess des "sekundären Wachstums"; Dadurch können Bäume nicht nur in der Höhe, sondern auch in der Dicke wachsen. Der Ring spezieller Zellen, der den Stamm umgibt, ist für das Sekundärwachstum verantwortlich. Das Gewebe dieser Zellen wird Kambium genannt und sie teilen sich in zwei Richtungen - nach außen in Bezug auf den Baum, der die Rinde bildet, und nach innen, der das Holz bildet. Jahr für Jahr wird Holz in immer neuen Innenringen abgelagert, wo Cellulose und das lange, harte Polymer Lignin zugesetzt werden. Nach dem Aushärten sterben die Holzzellen ab und verfallen fast vollständig, wobei nur starre Wände zurückbleiben.

In heutigen Pflanzen hat das Sekundärwachstum wahrscheinlich eine einzige evolutionäre Quelle, obwohl die winzigen Plunas und Schachtelhalme heute ihre Version dieses Prozesses vor etwa 300 Millionen Jahren erfunden haben, die es dem inzwischen ausgestorbenen Lepidodendron beispielsweise ermöglichte, bis zu 35 Meter hoch zu werden. Das Vorhandensein von Sekundärwachstum führt jedoch nicht zum automatischen Erscheinen eines Baumes: Trotz einer einzigen Quelle tritt hier und da im gesamten Stammbaum der Pflanzen „Holzigkeit“ auf. Einige Pflanzengruppen verloren die Fähigkeit, Holz zu bilden, und manchmal trat diese Fähigkeit in jenen evolutionären Zweigen wieder auf, in denen es bereits verschwunden war. Anscheinend tritt diese Fähigkeit während der Evolution ziemlich schnell auf, nachdem Pflanzen die Inseln besiedelt haben. Zum Beispiel gibt es in Hawaii baumartige Veilchen und auf den Kanarischen Inseln baumartigen Löwenzahn.

Das Baumkonzept selbst ist sehr flexibel, was der wörtlichen Steifheit dieses Konzepts zuwiderläuft - denken Sie an die festen Stängel von Salbei oder Lavendel. Es ist keine Frage der Anwesenheit oder Abwesenheit, es ist eine Frage des Grades. "Nicht baumartige Pflanzen und große Bäume mit Holz stellen die beiden Enden der Vielzahl dar, und die Umgebungsbedingungen können den Grad der Baumähnlichkeit beeinflussen, der bestimmten Pflanzen gezeigt wird", schrieb Hoover mit einem Kollegen in einem Artikel aus dem Jahr 2010 in der Zeitschrift New Phytologist. "In der Tat erkennen die Begriffe" grasig "und" baumartig ", obwohl sie recht praktisch sind, die enorme anatomische Vielfalt und das Vorhandensein unterschiedlicher Grade der Baumähnlichkeit in Pflanzen, die der einen oder anderen Klasse angehören, nicht an."

Die Molekularbiologie bietet bestimmte Ideen darüber, warum die Fähigkeit zur Holzgewinnung erhalten bleibt und so häufig im Prozess der Pflanzenentwicklung auftritt. Gene, die mit der Hochregulierung des Sprosswachstums verbunden sind und das „Hauptwachstum“ von Bäumen und anderen Pflanzen bewirken, sind auch während des sekundären Wachstums aktiv und produzieren Holz. Dies deutet darauf hin, dass die neuen Gene, die das Erscheinungsbild von Holz im Verlauf der Evolution regulieren, die bereits vorhandenen und kritischen Gene für das Wachstum von Trieben absorbierten. Dies könnte auch erklären, warum die Fähigkeit zur Holzproduktion in Pflanzen ohne Holz erhalten bleibt und warum es aus evolutionärer Sicht so einfach ist, diese Fähigkeit wieder zu aktivieren.

Um ein Baum zu sein, ist es jedoch nicht notwendig, Holz zu produzieren. Unter den Monokotyledonen , einer riesigen Gruppe von Pflanzen, die nicht mehr wachsen können, gibt es einige baumähnliche Vertreter, die keine „echten“ Bäume sind, aber definitiv wie Bäume aussehen. Bananen wachsen mit Hilfe von etwas, das wie ein Stamm aussieht, zu einer großen Höhe, aber tatsächlich - auf einer „Pseudo-Barrel“ -Masse von Blattbasen, die dicht gepackt sind und sich überlappen. Ein echter Bananenstiel tritt nur während der Blüte auf, drückt und ragt aus den Blättern heraus. Bananenbäume können jedoch eine Höhe von 3 Metern erreichen. Die Familie der Palmen, die auch mit monokotylen Bäumen verwandt ist, wächst in der Höhe und wächst den ursprünglichen dicken Spross, auf dessen Spitze eine riesige Knospe erscheint (beachten Sie, dass sich die Palmenstämme während des Wachstums nicht verdicken).

Angesichts all dessen ist es nicht verwunderlich, dass eine kürzlich durchgeführte Analyse des Baumgenoms wenig über die bestimmenden Merkmale des Baumes aussagen kann. David Niall, Genetiker an der University of California in Davis, und seine Kollegen untersuchten die Genombeschreibung von 41 Pflanzen (einschließlich Trauben), die seit der Schwarzpappel im Jahr 2006 sequenziert wurden. Ihre Analyse, die letztes Jahr in der Zeitschrift Annual Review of Plant Biology veröffentlicht wurde, zeigte, dass Bäume, die essbare Früchte produzieren, häufig ungewöhnlich viele Gene aufweisen, die der Produktion und Übertragung von Zucker im Genom gewidmet sind, im Vergleich zu Bäumen, die keine essbaren Früchte haben. Aber Tomaten haben sie auch. Einige Bäume wie Fichte, Apfelbaum und einige Eukalyptusbäume haben ihre genetischen Werkzeuge erweitert, um Probleme wie Dürre oder Frost zu bewältigen. Aber auch einige krautige Pflanzen, darunter Spinat und Talus Pulpus, Tal - ein Unkraut-Pflanzenmodell für die Biologie, das so wenig wie möglich wie ein Baum aussieht.

Bisher wurde weder ein herausragendes Gen oder eine Reihe von Genen gefunden, die für Bäume charakteristisch sind, noch wurde eine bestimmte Eigenschaft von Genen festgestellt. Schwierigkeit? Nein: Im gesamten Pflanzenreich ist eine Genduplikation (häufig als Zeichen der Komplexität verwendet) vorhanden. Genomgröße? Nein: Das größte und das kleinste Genom kommen in krautigen Pflanzen vor ( Paris japonica bzw. Genlisea tuberosa - das erste ist eine spektakuläre Pflanze mit weißen Blüten und das zweite ist ein winziges Raubtier, das fängt und das einfachste ist).

Das Gespräch mit Niall bestätigte, dass baumartig wahrscheinlich mehr davon abhängt, welche Gene enthalten sind als welche Gene im Genom vorhanden sind. "Aus der Sicht des Genoms haben die Bäume im Allgemeinen fast alles das gleiche wie die Kräuter", sagte er. - Die Bäume sind groß, haben Holz, können dem Boden Wasser entziehen und es hoch liefern. Es ist jedoch keine bestimmte Biologie sichtbar, die den Baum vom Gras trennen würde. “

Trotz der Schwierigkeiten bei der Klassifizierung hat die Zugehörigkeit zu Bäumen unbestreitbare Vorteile. Dies ermöglicht es den Pflanzen, die Höhe zu nutzen, in der sie Sonnenlicht absorbieren und Pollen und Samen verteilen können, ohne Hindernissen ausgesetzt zu sein, wie sie ihre bodennahen Verwandten erfahren. Daher ist es wahrscheinlich an der Zeit, über das Wort „Baum“ als Verb und nicht als Substantiv nachzudenken - „pflanzen“ oder „einen Baum machen“. Dies ist eine Strategie, eine Existenzweise wie Schwimmen oder Fliegen, obwohl sie aus unserer Sicht sehr langsam ist. Ohne bestimmte Ziellinie „baumeln“ - bis die Axt, der Parasit oder der Thanksgiving-Blitz Sie zerstören.