(James Yu/Moment/Getty Images) Küstenmammutbäume sind erstaunliche Bäume, die Wissenschaftler seit Generationen untersuchen. Wir wissen, dass sie es sind die höchsten lebenden Bäume und haben Jahrtausende überlebt, Feuer widerstehen Und Schädlinge .
Da Mammutbäume langlebig, groß und fäulnisresistent sind, lagern die von ihnen dominierten Wälder mehr oberirdische Masse und damit vermutlich mehr Kohlenstoff , als jedes andere Ökosystem auf der Erde.
Dennoch, während der Arbeit an einem kürzlich veröffentlichte Studie , Kollegen am Universität von Kalifornien , Davis , Und Cal Poly Humboldt Und ICH Wir erfuhren ein Geheimnis, das direkt vor unserer Nase geschlummert hatte.
Es stellt sich heraus, dass Mammutbäume zwei Arten von Blättern haben, die unterschiedlich aussehen und sehr unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Diese bisher unbekannte Funktion hilft den Bäumen, sich sowohl an nasse als auch an trockene Bedingungen anzupassen – eine Fähigkeit, die für ihr Überleben in einem sich ändernden Klima von entscheidender Bedeutung sein könnte.
Gerade genug Wasser
Wo Bäume wachsen, werden ihre Blätter früher oder später nass. Bei Bäumen in feuchter Umgebung kann dies bei Wasserfilmen ein Problem darstellen bedecken ihre Spaltöffnungen . Durch diese winzigen Poren kann Kohlendioxid in die Blätter eindringen, sodass der Baum es mit Wasser verbinden kann, um Pflanzengewebe zu bilden Photosynthese .
Viele Bäume, die in Feuchtwäldern vorkommen, haben Blätter mit Anpassungen verhindern, dass sich diese Wasserfilme bilden .
Im Gegensatz dazu nutzen Bäume, die in trockenen Umgebungen wachsen, kurze Phasen der Blattnässe aus, um zu wachsen nehmen wertvolles Wasser auf direkt über die Oberfläche ihrer Blätter, durch spezielle Blattstrukturen , und selbst durch ihre Spaltöffnungen .
Einige Bäume, darunter Küstenmammutbäume, leben jedoch sowohl in feuchten als auch in trockenen Umgebungen mit starken jahreszeitlichen Schwankungen.
Für Laubbäume wie die Steineiche Da die Pflanze in mediterranen Klimazonen mit trockenen Sommern und regnerischen Wintern wächst, ist diese saisonale Nässeherausforderung relativ leicht zu bewältigen. Ihre Spaltöffnungen befinden sich auf der geschützten Unterseite ihrer Blätter, wodurch sie wasserfrei bleiben, während die Oberseite der Blätter Wasser aufnimmt.
Aber Mammutbäume sind Nadelbäume oder zapfentragende Bäume mit dünn, flach, nadelförmig Blätter, und sie brauchen eine andere Möglichkeit, die konkurrierenden Ziele der Wasserabstoßung und -aufnahme auszugleichen.
Wir wussten, dass wir erforschen wollten, wie Mammutbäume die paradoxe Herausforderung der Blattnässe meistern, wie viel Wasser Mammutbäume aufnehmen können und welche Blattmerkmale Unterschiede in der Wasseraufnahmekapazität verursachen.
Was wir erfuhren, war eine völlige Überraschung.
Große Bäume mit großen Geheimnissen
Wissenschaftler kennen Mammutbäume schon lange. Fähigkeit, Wasser über ihre Blätter aufzunehmen . Bei dieser Art ist es jedoch eine echte Herausforderung herauszufinden, wie viel Wasser Mammutbäume auf diese Weise aufnehmen können und wie die Kapazität dazu je nach Klimatyp variieren kann.
Erstens hat ein großer Mammutbaum über 100 Millionen Blätter mit einem riesige Fläche zur Wasseraufnahme. Und diese Blätter Struktur mit der Höhe drastisch verändern , von lang und flach bis kurz und ahlenartig. Wir konnten das also nicht hinbekommen, indem wir einfach Blätter in Bodennähe pflückten.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Schwerkraft ständig auf die riesige Wassersäule drückt, die durch den Stamm eines Mammutbaums nach oben steigt. Dadurch entstehen Blätter an der Spitze des Baumes immer weniger Wasser zur Verfügung haben als die weiter unten.
Die der Baumkrone innewohnende Trockenheit sollte Wasser schneller in das Blatt ziehen als in wasserreiche Blätter an der Unterseite, so wie ein trockener Schwamm Wasser schneller aufnimmt als ein feuchter.
Um ein genaues Bild davon zu erhalten, wie Mammutbäume Wasser absorbieren, benötigten wir Blätter von Bäumen in nasser und trockener Umgebung und aus verschiedenen Höhen dieser Bäume.
Um sie zur Analyse auf ihren natürlichen, auf der Schwerkraft basierenden Wasserstand zu bringen, legen wir unsere Blattproben in eine Nebelkammer – in diesem Fall eine Eisbox, die an einen Raumbefeuchter angeschlossen war – und maßen die Gewichtszunahme im Laufe der Zeit, um zu sehen, wie viel Wasser sie aufnehmen konnten.
Eine Spur voller Hinweise
Als wir Büschel von Mammutbaumtrieben auseinandernahmen, um sie in Nebel zu tauchen, teilten wir jedes Büschel in Stücke. Redwood-Sprossbüschel fächern sich von einem holzigen Kern auf und sind in einzelne Triebe unterschiedlichen Alters unterteilt, von denen jeder seinen eigenen Blattsatz hat. Wir haben die Triebe getrennt die holzige Mittelachse von den viel häufiger vorkommenden biegsamen Trieben an den Außenrändern jedes Clusters.
Es wurde schnell klar, dass Triebe in der Mittelachse Blätter hatten, die dreimal schneller Wasser aufnehmen konnten als periphere Blätter. Als wir mit einem Mikroskop in die Blätter schauten, erkannten wir, dass es sich um zwei völlig unterschiedliche Arten handelte.
Auch äußerlich sehen sie nicht gleich aus, aber das war so unerwartet, dass wir ihre innere Struktur sehen mussten, um uns wirklich zu überzeugen.
(Alana Chin/UC Davis)
Oben: Die zwei verschiedenen Blätter eines Mammutbaums. Das periphere Blatt (links) konzentriert sich auf die Photosynthese, während das axiale Blatt (rechts) der Wasseraufnahme gewidmet ist.
Die axialen Blätter waren voller Wasserspeicherzellen, aber ihr Phloem – Röhren in den Blättern, die photosynthetische Zucker zum Baum transportieren – schien verstopft und nutzlos zu sein. Wenn ein Baum Blätter hat, ist die gängige Meinung, dass diese für die Photosynthese da sind. Wir fragten uns jedoch, ob die axialen Blätter einen anderen Zweck hatten.
Mit einigen zusätzlichen Messungen fanden wir heraus, dass die Axialblätter von Mammutbäumen auf die Aufnahme von Wasser spezialisiert sind. Unterschiede zwischen den Oberflächen der axialen und peripheren Blätter, insbesondere ihre Wachsbedeckung, verursachen Unterschiede in ihren Wasserabsorptionsraten.
Im Gegensatz zu den axialen Blättern haben die peripheren Blätter des Mammutbaums eine wachsartige Oberfläche mit vielen Spaltöffnungen. Dies half zu erklären, wie sie Photosynthese das ganze Jahr über unabhängig von der langen Regenzeit in weiten Teilen ihres derzeitigen Lebensraums.
Weitere Analysen ergaben, dass die axialen Blätter der Mammutbäume nur etwa 5 Prozent der gesamten Blattfläche der Bäume ausmachen und durch Photosynthese kaum genug Energie produzieren, um sich selbst zu erhalten. Sie tragen aber bis zu 30 Prozent zur gesamten Wasseraufnahmekapazität der Bäume bei.
Zusammen gleichen diese beiden Arten von Blättern die Anforderungen der Photosynthese und der Wasseraufnahme aus, sodass Mammutbäume sowohl in feuchten als auch in trockenen Lebensräumen gedeihen können.
Verwendung im großen Maßstab Baummessungen Und Gleichungen zur Schätzung der Blattfläche des Mammutbaums Wir haben geschätzt, dass diese durstigen Riesen in der ersten Stunde eines Regens bis zu 48 Kilogramm Wasser aufnehmen und ihre Blätter benetzen können. Das entspricht 101 Pints Bier.
Die Bedeutung für Mammutbäume
Wenn wir verstehen, was die Unterschiede in der Aufnahmekapazität der Blätter des Mammutbaums verursacht, können wir jetzt und in Zukunft Unterschiede in der Wasseraufnahmefähigkeit zwischen Bäumen und Umgebungen abschätzen. Meiner Meinung nach ist dies der potenziell nützlichste Teil unserer Studie.
Mammutbäume variieren ihre beiden Blatttypen, um sie an das lokale Klima anzupassen. In feuchten Regenwäldern im nördlichen Teil ihres Verbreitungsgebiets, oberhalb des Mendocino County, investieren die Bäume in weniger axiale Blätter, die auf die Aufnahme von Wasser spezialisiert sind.
Diese Blätter konzentrieren sich in den unteren Kronen der Bäume und hinterlassen dort Photosynthese leistungsstarke Baumkronen frei, um die Zuckerproduktion in der hellen Sonne zu maximieren.
In Trockenwäldern an den südlichen Rändern des Verbreitungsgebiets der Mammutbäume haben Bäume mehr axiale Blätter in ihren wasserarmen Wipfeln.
Dies ermöglicht es ihnen, kürzere Blattbenetzungsereignisse besser zu nutzen, bedeutet aber, dass sie pro Blattfläche weniger Photosynthese betreiben als Mammutbäume in feuchteren Gebieten.
Die Fähigkeit von Mammutbäumen, die Blatttypen zu verändern, um sie an regionale klimatische Unterschiede anzupassen, kann ihnen bei der Anpassung helfen Klimawandel in einem (n immer trockeneres Kalifornien .
Das wäre eine gute Nachricht für die Erhaltung dieser epischen Bäume und könnte ein vielversprechendes Merkmal sein, das es zu untersuchen gilt, wie Wissenschaftler es versuchen Verknüpfung von Dürretoleranzmerkmalen auf regionale Unterschiede zwischen Mammutbaumpopulationen. 
Alana Chin , Postdoktorand in Pflanzenökologie, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich .
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