Pflanzen haben den Nachteil, an einen Ort fest gebunden zu sein, und das teils über 1000 Jahre und mehr. Sie müssen dort Wind, Regenmangel, Parasitenbefall oder Kälte trotzen, sich gegen andere Pflanzen im Wettstreit um Licht durchsetzen und trotz ihrer Immobilität dafür sorgen, dass ihre Eizellen befruchtet und ihre Nachkommen möglichst weit verbreitet werden. So haben Landpflanzen im Laufe der Evolution eine Reihe von Fähigkeiten entwickelt, um all dies bewerkstelligen zu können (siehe auch: Entwicklung der Landpflanzen). Dazu gehören z.B. spezialisierte Leitgefäße, Pflanzenhormone, Samen und Früchte, eine wächserne Hülle (Cuticula) gegen Austrocknung mit Spaltöffnungen zum Gasaustausch und die Gewebespezialisierung mit einer Gliederung in Wurzeln (Wasser- und Mineralienaufnahme, Speicherfunktion, Halt), Spross (Festigung zum Höhenwuchs, Speicherfunktion und Transport) und Blätter (Photosynthese).
Wurzeln
Wurzeln dienen der Verankerung im Boden, der Wasser- und Mineralienaufnahme sowie der Speicherung von Nährstoffen.
Je nach bevorzugten Böden der Pflanzenart, verlaufen die Wurzeln flach unter der Erde oder gehen tief in den Boden, teils sehr stark, teils weniger verzweigt. Die Tiefwurzler haben besseren Halt, aber die meisten Nährstoffe (und Sauerstoff!) befinden sich nur weit oben im Boden. Zudem ist die Feuchtigkeit des Bodens wichtig. Wenn der Boden in der Tiefe durch Grundwasser dauerfeucht ist, sterben die Wurzeln dort ab. Zu wenig Wasser ist freilich auch nicht gut: Über die Wurzeln werden bei einem Baum im Sommer durchaus mehrere Hundert Liter Wasser pro Tag aufgenommen.
Nur die feinen Wurzelhaare dienen tatsächlich der Wasseraufnahme, die dickeren Wurzeln sind dazu nicht in der Lage, sondern verankern die Pflanze und/oder haben Speicherfunktion. Vor allem im Winter werden von einigen Pflanzen in den Wurzeln Stärke und andere Nährstoffen eingelagert. Besonders ausgeprägt ist diese Speicherfunktion z.B. bei Möhren und Rüben.
Viele Bäume arbeiten mit Mykorrhiza zusammen. Das sind Pilze, die symbiontisch mit dem Baum an den Wurzeln leben. Die Pilze helfen bei der Aufnahme von Wasser und bestimmten Mineralien und bekommen dafür im Gegenzug organisches Material von der Pflanze gestellt. Mykorrhiza können daneben auch bei der Bekämpfung von Schädlingen helfen.
Über das Wasserleitsystem, das Xylem, wird das Wasser nach oben über den Baum bis in die Blätter verteilt. Das Wasser ist wichtig, damit die Blätter mittels Photosynthese organisches Material herstellen können. Dieses wiederum wird über das Phloem, das Gefäßsystem für organische Nährstoffe, von den Blättern bis in die Wurzeln verteilt. Ohne das organische Baumaterial könnten die Wurzeln nicht wachsen.
Die Wurzeln selbst können Mineralien und andere Nährstoffe über die Wurzelhaare aus dem Boden aufnehmen. Bäume können dabei relativ gezielt genau die Nährstoffe und Mineralien herausfiltern, die sie brauchen. Dabei werden teils auch bestimmte Pflanzen-Enzyme in den Boden abgegeben, die Mineralien aufschließen, damit die Wurzelhaare sie aufnehmen können. Andere Enzyme sind in der Lage, die Wurzeln fremder Pflanzen abzutöten, um sich selbst einen Vorteil zu verschaffen!
der Stamm, Holz und Jahresringe
Um die überlebenswichtige Photosynthese betreiben zu können, brauchen Pflanzen ausreichend Licht. Eine Möglichkeit, sich dabei gegen andere Pflanzen durchzusetzen, ist höher zu wachsen. Ein Höhenwachstum erfordert Stützelemente, den Stamm oder bei kleineren Pflanzen Stängel, die gleichzeitig fest genug und elastisch sein müssen. Zudem müssen sie in der Lage sein, Wasser und Nährstoffe über die Pflanze zu verteilen.
Der Stamm ist dabei in seinem Aufbau geradezu genial: eine Schicht teilungsaktiver Zellen, knapp unter der Rinde des Baumes, gibt Jahr für Jahr verholzende Zellen zur Wasserleitung nach innen ab (das Xylem) und Leitbahnen für organische Substanzen nach außen (Phloem). Die Wasserleitbahnen bestehen aus gut abgedichteten festen, holzigen Zellwänden, die eigentlichen Zellen leben nicht mehr. Jedes Jahr werden neue Wasserleitungen gebaut, die alten bilden den zunehmend dickeren Holzstamm. Das Phloem ist als „Bast“ direkt unter der Rinde zu sehen.
Das Wasser fließt im Stamm hauptsächlich mittels Saugspannung nach oben. Das funktioniert so: die Blätter verbrauchen viel Wasser und/oder verlieren es über Verdunstung. Dadurch entsteht in der Wasserleitung ein starker Unterdruck, der neues Wasser nach oben saugt. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers von den Wurzeln nach oben kann dabei bis zu 75cm pro Minute betragen!
Jedes Jahr wird in Deutschland im Winter das Wachstum eingestellt. Im Frühjahr sind dann die ersten neuen Gefäßzellen relativ groß und deren Wände eher dünn, im Spätsommer ist es umgekehrt. So entstehen die „Jahresringe“ an den Stämmen. Anhand der Jahresringe lässt sich auch erkennen, wie gut das Klima in dem Jahr für den Baum war oder ob z.B. Parasitenbefall vorlag. Schmale Jahresringe deuten dabei auf „Probleme“ hin, z.B. ein sehr trockenes Jahr, hohe Luftverschmutzung oder dass der Baum bereits sehr alt ist.
Das Hauptwachstum von Stamm, Ästen und Zweigen findet im Frühjahr statt. Im Verlauf des Sommers wird das neue Gewebe dann härter, wächst dafür aber weniger schnell. Im Winter ruht der Baum. Der Stamm wächst damit bis ans Lebensende des Baums in die Dicke, während das Höhenwachstum irgendwann stagniert.
Birke
Die Rinde eines Baums kann unterschiedlich dick sein und besteht meist aus schützender Korksubstanz, holzigen Zellen und altem Phloem. Sie sorgt dafür, dass das Wasser im Baum bleibt und nicht verdunsten kann, und dass möglichst wenige Schädlinge es schaffen, den nahrhaften Phloem-Saft anzuzapfen.
Ein völliges Abdichten ist für die Pflanze allerdings auch nicht gut: so ermöglichen Korkporen, die Lentizellen, einen Gasaustausch mit der Umgebungsluft.
Wenn eine neue Schicht zur Borke hinzu kommt, reißt die alte Borke auf, da die Zellen dort in der Regel nicht mehr teilungsaktiv sind. Die Baumarten haben dies unterschiedlich gelöst: bei Platanen z.B. blättert die äußere Schicht ab, Eichenborke wird tief rissig und bei Moorbirken löst sich die Rinde in Streifen. Die Buche dagegen bildet kaum Borke, sondern belässt ihre Schicht teilungsaktiver Zellen dicht unter der eher dünnen Rinde.
Harz dient dem Abdichten von Wunden. Es verhindert dort den Austritt von Nährstoffsaft und Wasser und wirkt Parasitenbefall entgegen. Aber nicht alle Bäume besitzen Harz, der Eibe z.B. fehlt es ganz.
Blätter
Alle Lebewesen brauchen Nährstoffe, um wachsen und leben zu können. Viele Lebewesen können dabei organische Nährstoffe, also die Grundsubstanzen des Lebens, nicht selbst produzieren, sondern sind darauf angewiesen, andere Lebewesen (Pflanzen oder Tiere) zu essen. Pflanzen dagegen sind in der Lage, sich von Wasser, CO2, einigen Mineralien und Phosphaten und der Energie der Sonne zu ernähren. Sie bauen also alle organischen Substanzen aus anorganischem Material selbst auf und ermöglichen damit erst alles andere Leben auf der Erde. Dieser bemerkenswerte Prozess, die Photosynthese, findet hauptsächlich in den Blättern statt, die genau dafür existieren und optimiert sind.
Blätter haben zuleitende Gefäße für Wasser und Mineralien und ableitende, um die hergestellten organischen Substanzen in der Pflanze zu verteilen. Sie sind vollgestopft mit Chlorophyll in bestimmten Zellkörperchen, den Chloroplasten, in denen ein wichtiger Teil der Photosynthese stattfindet. Die Absorption von Licht bestimmter Wellenlänge sorgt für die grüne Farbe.
Blätter sind deshalb meist extrem flach, damit das Sonnenlicht optimal genutzt werden kann. Die Wuchsform der Pflanze und die Ausrichtung der Blätter orientieren sich ebenfalls am maximal möglichen Lichteinfall.
Stomata, kleine, schließbare Öffnungen, die sich zumeist an der Blattunterseite befinden, ermöglichen den Gasaustausch, also die Aufnahme und Abgabe von CO2 und Sauerstoff.
Um über Verdunstung nicht zu viel Wasser zu verlieren, sind die Blätter mehr oder weniger ausgeprägt von einer dünnen Wachsschicht umgeben. Die Epidermis schützt zudem mechanisch gegen Eindringlinge.
Etwas anders verhält es sich bei den Blättern der Nadelbäume, unter anderem, weil sie an strenge Winter angepasst sind (siehe auch: Blattabwurf im Winter)
Blätter behalten ihre Form vor allem durch den Turgor: sie sind prall gefüllt mit Zellsaft, Zellwände verhindern ein Platzen. Durch den Innendruck richten sich die Blätter auf. Man kann das gut an welkenden Blättern sehen: die Flüssigkeit reicht nicht mehr, um den Druck aufrecht zu erhalten, das Blatt fällt in sich zusammen.
Daneben stabilisieren auch die Blattadern und spezielle Festigungsstränge die Blattform.
Es gibt die verschiedensten Blattformen: z.B. gelappt, gezackt, handförmig, rund und glatt oder gefiedert. Teils kann die Blattform/Größe durch den bevorzugten Standort der Pflanze erklärt werden, z.B. um im Freistand nicht von starken Winden zerfetzt zu werden. Dies könnte z.B. auf die Birke zutreffen, die auch in sehr rauem Klima wächst.
Tatsächlich gibt es aber noch keine wirkliche Erklärung für die erstaunlich große Blattvielfalt.
weiter lesen:
Warum verlieren Bäume im Winter ihre Blätter?
