Oh, Tannenbaum

BLOG: Von Menschen und Mäusen

Wissenschaft einfach erklärt
Von Menschen und Mäusen

Na, habt ihr euren Weihnachtsbaum auch schon entsorgt? Ich habe am Wochenende jedenfalls unsere Wohnung ‚deweihnachtsfiziert‘.

Ich hätte ja eigentlich lieber einen Laubbaum als eine schnöde Tanne zum Schmücken, aber die verlieren ja leider im Winter immer ihre Blätter. Und so kahles Geäst ist dann ja irgendwie auch nicht so richtig festlich.

Für einen Baum haben Blätter zwei Hauptrollen. Zum einen wird in ihren Zellen mit Hilfe des vorhandenen grünen Blattfarbstoffs Chlorophyll natürlich fleißig Photosynthese betrieben und die Pflanze so mit Zucker versorgt; und zum anderen tragen sie dazu bei, dass Wasser und darin gelöste Nährstoffe, welche über die Wurzeln aufgenommen wird bis in die höchsten Gipfel des Baums gelangen kann. An der Unterseite der Blätter befindet sich eine Öffnung durch welche das Blatt CO2 in die Atemhöhle aufnehmen und O2 wieder abgeben kann (siehe Abbildung unten).

 Das Blatt wird oben und unten durch eine einschichtige Epidermis abgeschlossen. Wasser wird in Blattadern im Xylem (blau), Stoffwechselprodukte werden im Phloem (orange) transportiert. Die Photsynthese findet hauptsächlich im Palisadenparenchym unterhalb der oberen Epidermis statt. Das Schwammparenchym dient dem Gasaustausch während der Photosynthese. Schließzellen in der unteren Epidermis erlauben die Regulation des Wasserhaushalts durch kontrollierte Abgabe von Wasserdampf. Blätter werden durch eine wachsartige Kutikula vor dem unkontrollierten Wasserverlust geschützt. Kleine grüne Kugeln: Chloroplasten (enthalten Chlorophyll), blaue Ellipsen: Vakuolen, braune Ellipsen: Zellkerne.

Das Blatt wird oben und unten durch eine einschichtige Epidermis abgeschlossen. Wasser wird in Blattadern im Xylem (blau), Stoffwechselprodukte werden im Phloem (orange) transportiert. Die Photsynthese findet hauptsächlich im Palisadenparenchym unterhalb der oberen Epidermis statt. Das Schwammparenchym dient dem Gasaustausch während der Photosynthese. Schließzellen in der unteren Epidermis erlauben die Regulation des Wasserhaushalts durch kontrollierte Abgabe von Wasserdampf. Blätter werden durch eine wachsartige Kutikula vor dem unkontrollierten Wasserverlust geschützt. Kleine grüne Kugeln: Chloroplasten (enthalten Chlorophyll), blaue Ellipsen: Vakuolen, braune Ellipsen: Zellkerne.

Das ist aber noch nicht alles. Diese Öffnungen werden außerdem dazu genutzt um kontrolliert Wasserdampf an die Umgebung abzugeben. Dadurch entsteht in den Blattadern der Pflanze, die das Wasser transportieren, ein Unterdruck, der sich auch in den Wurzeln bemerkbar macht. Letztendlich wird durch den entstehenden Kapillardruck das Wasser aus dem Boden über die Wurzeln bis nach oben befördert. Diese Art von Wassertransport erfolgt passiv, d.h. die Pflanze muss dafür keine Energie aufbringen. Allerdings wird dadurch auch die maximale Höhe die Bäume erreichen können auf etwa130 m begrenzt. Irgendwann kann der Kapillardruck nicht mehr aufrechterhalten werden und der stete Wasserstrom bricht ab, so dass die obersten Bereiche nur unzureichend mit Wasser und Nährstoffen versorgt würden.

Das Ganze funktioniert übrigens auch anders herum. Ist die Erde zu trocken kann ein höherer Unterduck im Boden herrschen und das Wasser läuft aus den Wurzeln zurück in den Boden. Kenner dieses Phänomens sprechen auch gerne vom ‚braunen Daumen‘. Damit die Pflanze nicht übermäßig viel Wasser über die Epidermis verliert, umgibt die Blätter eine schützende Wachsschicht, Kutikula genannt. Die hydrophoben (wasserabweisenden) Eigenschaften dieser Schicht verhindern ein unkontrolliertes Austreten von Wasser.

Im regenarmen Winter stehen unseren Laubbäumen tendenziell eher weniger Wasservorräte zur Verfügung. Müsste der Baum über die Blätter Wasserdampf abgeben um weiteres Wasser nach oben zu befördern, führt das zu einer negativen Bilanz des Wasserhaushalts. Wenn auch noch Frost mit im Spiel ist, hätte unser Baum gar keine Möglichkeit mehr Wasser aufzunehmen, sodass er im Winter quasi austrocknen würde.

Um dem entgegen zu wirken, haben Nadelbäume auf (Winter-)Trockenheit spezialisierte Blätter entwickelt. Diese werden Nadeln bezeichnet (sind aber trotzdem Blätter im allg. Sinne) und zeichnen sich durch verschieden Wassersparmechanismen aus. Das Ziel ist es dabei die Wasserverdunstung möglichst zu minimieren. Dies wird. u.a. durch eine stark verdickte Kutikula und eine mehrschichtige Epidermis erreicht. Außerdem sind die Spaltöffnungen tiefer gelegt und teilweise mit Haaren versehen. Diese Maßnahme verhindert Verdunstung durch Wind.

Der Abwurf der Blätter bedeutet für eine Pflanze einen massiven Verlust von Nährstoffen. Um nicht alles Wertvolle, vor allem Stickstoff, zu verlieren wird im Herbst u.a. das Chlorophyll abgebaut. Der Aufbau von Chlorophyll und weiteren Pflanzenfarbstoffen ist in der nächsten Abbildung gezeigt. Die stickstoffhaltigen Komponenten werden in dicken Ästen und im Stamm eingelagert, bis zu deren Wiederverwertung im nächsten Frühjahr.

lle gezeigten Pflanzenfarbstoffe sind Chromophore, die ihre Farbe durch delokalisierbare Elektronen erreichen.
lle gezeigten Pflanzenfarbstoffe sind Chromophore, die ihre Farbe durch delokalisierbare Elektronen erreichen.

Chlorophyll befindet sich normalerweise in einem größeren Verband von Proteinen, welche im Herbst ebenfalls abgebaut werden. Bleibt das Chlorophyll länger erhalten als besagte Proteine kann dies für die Zellen des Blatts sehr schädlich sein. Die Aufgabe von Chlorophyll ist es, Lichtenergie in Form von Photonen aufzunehmen. Photonen sind quasi Elektronen in anderer Gestalt. Wenn diese Elektronen nicht mehr an die Proteine des Lichtsammelsystems weiter gegeben werden können, kann es zur Bildung freier Radikale kommen (das sind Moleküle die ein ungepaartes Elektron besitzen, wie das genau funktioniert, kann ich gerne an anderer Stelle erklären). Diese können dann Schäden in Zellwänden u.ä. verursachen und so oxidativen Stress erzeugen. Einige Pflanzen sind in der Lage spezielle Pigmente zu bilden, die diesen Effekt abschirmen. Diese heißen Anthocyane, die eine charakteristische Rotfärbung der Blätter hervoruft und hierzulande leider kaum beobachtete werden kann. Ist das Chlorophyll abgebaut, bleiben noch die gelben und orangen Carotinoide und Xanthophylle die unsere Wälder im Herbst einfärben. Diese Farbstoffe werden nicht abgebaut und eingelagert, da sie kein wertvolles Stickstoff enthalten und einfach im nächsten Jahr neu gebildet werden können.

Ich freue mich schon auf den nächsten Herbst; darauf dass die Bäume Wasser sparen müssen damit ich im raschelndem Laub spazieren gehen kann und darauf, dass das Chlorophyll abgebaut wird, damit der Wald endlich wieder goldig glänzen kann.

Claudia Davenport

Claudia Davenport hat in Potsdam und Hannover Biochemie studiert und promoviert mittlerweile über Insulin-produziernende Surrogatzellen aus embryonalen Stammzellen zur Behandlung des Diabetes Typ 1. Wenn sie gerade mal nicht im Labor am Durchbruch arbeitet, der die Welt verändern wird, ist sie gerne im Grünen, radelt durch die Gegend oder geht Kaffee trinken.

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