Gdy mówimy o zimowym śnie, to w pierwszej kolejności myślimy o zwierzętach. Okres zimy bez wątpienia jest dla nich niełatwy. Jednak rośliny również muszą się do tego trudnego czasu przygotować, gdyż zima przynosi ze sobą suszę i mróz. To podstawowe wyzwania, którym przedstawiciele flory co roku muszą sprostać.
Zimowe miesiące wymusiły na roślinach wieloletnich różne przystosowania. Wykształciły one dwie podstawowe strategie będące efektem ważenia korzyści i strat. Musiały wykalkulować, czy bardziej opłaca im się przystosować budowę aparatu asymilacyjnego, czyli liści, do okresu chłodów (rośliny zimozielone, których liście starzeją się i opadają w procesie trwającym kilka lat), czy może lepiej pozbyć się liści i zapaść w głębszy spoczynek.
Drzewa nie zamierają na okres zimy. Mimo że tego nie widzimy, w ich wnętrzu cały czas zachodzi wiele procesów chemicznych, działa zegar odmierzający czas do przebudzenia. Często mówimy o krótkim dniu jako warunku spoczynku roślin i jego wydłużaniu jako sygnale do wybudzenia ze snu. Jest to częściowa prawda. Jedne rośliny „odliczają” okres od momentu zgubienia liści, inne reagują na długość dnia, jeszcze inne na rozkład temperatury. Każda z nich ma swoją strategię, opartą często na kilku czynnikach naraz.
Drzewa odliczają czas za pomocą procesów chemicznych. Związki zawarte w ich komórkach, tkankach i organach reagują na temperaturę oraz długość dnia. W drzewie nawet zimą odbywa się cały czas chemiczna komunikacja pomiędzy jego częściami. – Z badań wynika, że jabłoń w pierwszej kolejności zareaguje na długość dnia, a w drugiej na rozkład temperatury – mówi Katarzyna Misiak z Ogrodu Botanicznego PAN w Warszawie. – Zjawiska te są skomplikowane i cały czas poddawane badaniom naukowców, a niektóre z nich będą stanowić zagadkę jeszcze przez wiele lat – dodaje.
Zimą bez munduru
Proces gubienia liści u roślin rozpoczyna się w momencie, gdy ich organizm dostanie sygnał o zakończeniu produkcji cukrów. W przypadku niektórych gatunków może to nastąpić po zawiązaniu i wydaniu owoców. Uznają one, że nie ma sensu już dalej działać, i gubią liście bardzo szybko (porzeczki, agrest). Są też takie, które maksymalnie przedłużają funkcjonowanie liści aż do późnej jesieni.
Gdy nadchodzi czas, z liścia wycofywane są potrzebne roślinie składniki, co wiąże się także z rozkładem niepotrzebnego już chlorofilu, który odsłania ukryte pod tym mocnym, zielonym barwnikiem inne kolory – odcienie żółci, fioletu i czerwieni. Stopniowo również na końcówce ogonka liściowego tworzy się warstwa odcinająca. Komórki w specyficzny sposób zaczynają zamierać i w efekcie liść oddziela się od pędu i odpada. Proces nie kończy się otwartą raną, więc jest bezpieczny dla rośliny. Teraz rozmaite stworzenia rozpoczną ciężką pracę i przerobią opadłe liście najpierw na ściółkę, a potem na próchnicę, dzięki czemu drzewo będzie mogło odzyskać składniki, które pozostały w odrzuconych liściach.
Pomocny cukier
Pożegnanie z ostatnim liściem jest dla rośliny końcem okresu wegetacji. Rozpoczyna się etap zapewnienia odpowiedniej ilości wody w organizmie.
Znaczna część zaabsorbowanych z liści substancji magazynowana jest w korzeniach, ale też w łyku, pąkach. Roślina musi umieścić w nich substancje (szczególnie cukry), po to by poziom ich nasycenia zapobiegł krystalizacji soku komórkowego. Bardziej nasycone roztwory mają niższą temperaturę zamarzania niż woda.
Roślina musi też zadbać, żeby w soku komórkowym jej komórek nie wytrąciła się żadna niepotrzebna substancja. Bardzo istotne jest, żeby komórka, będąca odpowiednio zorganizowaną półpłynną masą, nie została rozerwana przez zamarzającą wodę ani odwodniona. Nawet jeden powstały w przestrzeni międzykomórkowej kryształek lodu może doprowadzić do utraty wody z komórek!
Można się zastanawiać, czy roślinom nie wystarczyłyby okrywające ich organy, kora czy łuski. Weźmy na tapet pąki, czyli bardzo ważną część, z której w kolejnym roku rozwiną się nowe pędy i kwiaty. Są to mierzące pół lub centymetr długości twory, nieraz wystawiane na temperaturę do –30 stopni Celsjusza, a w przypadku niektórych drzew nawet –40 stopni Celsjusza. Niestety, łuski okrywające nie wystarczą, tak jak naszym dłoniom przy mrozach nie wystarczają rękawiczki.
Zdarza się, że roślinie nie udaje się ochronić swych komórek przed mrozem, co nierzadko powoduje zaburzenie procesów. Bywa, że ruszające w drzewie po ciepłym dniu soki zamarzają po nastaniu wieczornego mrozu i drzewo pęka. Uszkodzenie takie nazywamy listwą mrozową. Czasem drzewo traci odporność pod wpływem patogenów albo ze względu na niekorzystny okres wegetacyjny nie ma możliwości wytworzenia odporności.
Również ludzie mogą zaburzyć cykl roślin. Niewłaściwe, jesienne nawożenie azotem stawia je przed dylematem, gdyż z jednej strony chciałyby szykować się do spoczynku, a z drugiej dostają zastrzyk substancji, które pobudzają je do aktywności. Może to doprowadzić do obniżenia odporności rośliny na mróz.
Niestraszne chłody
– Wiemy, że pierwotnie rośliny były zimozielone, gdyż nie było zim. W pierwszym tropikalnym lesie rosły zatem rośliny, których ten problem nie dotyczył. Można sobie wyobrazić, że naturalną rzeczą dla aparatu asymilacyjnego jest to, że nie przestaje pracować – zaznacza Katarzyna Misiak.
W przypadku większości roślin iglastych i zimozielonych liściastych adaptacja do zimowych warunków polega na zabezpieczeniu aparatu asymilacyjnego przed mrozem. Upierają się, by tak jak roślinni przodkowie prowadzić fotosyntezę przez cały rok. By to osiągnąć, muszą stopniowo zmniejszać rozmiar aparatu asymilacyjnego, wytwarzać żywicę i grubą skórkę, a także zadbać o wytworzenie warstwy wosku lub pokrywy z włosków – słowem zastosować wszystkie możliwe przystosowania, które zapobiegną zamarzaniu. U większości tych roślin obserwujemy duże zagęszczenie chlorofilu.
Prowadzenie fotosyntezy zimą jest możliwe. Przykładowo w rejonach Europy, gdzie występują długie zimy, takie rozwiązanie wydaje się wręcz konieczne. Zbyt długa przerwa w procesie fotosyntezy spowodowałaby brak substancji odżywczych niezbędnych roślinie do życia. W różnych badaniach stwierdzano, że w tajdze niektóre igły są w stanie prowadzić fotosyntezę skutecznie nawet przy –5 stopniach Celsjusza. By robić to efektywnie, roślina musi wciąż transportować wodę, ale jeśli temperatura jest zbyt niska, to staje się to niemożliwe. Wtedy to nawet zimozieloność nie pomoże. – Największym z błędów, jakie popełniamy w pielęgnowaniu ogrodu, jest zapominanie o tym, że zimozielone rośliny powinny być podlewane także podczas bezmroźnej zimy, będącej dla nich okresem suszy. Śnieg nie dostarczy wody, dopóki się nie stopi. Podlewanie jest więc niezbędne, bo w każdym momencie, gdy jest nieco cieplej, roślina jest gotowa prowadzić fotosyntezę i musi w tym celu dysponować zasobami wody – wyjaśnia Katarzyna Misiak.
Nawet roślina zimozielona może tracić liście w wyniku warunków atmosferycznych. Przykładem jest rosnący u nas bluszcz kolchidzki, który przybył z południa Europy. Zimą zatrzymuje liście, jednak przy dużym mrozie je zrzuca. Wiosną z pędów wypuszcza nowe.
Ochronna kopuła
Rośliny, chroniąc się przed mrozem, nie tylko stosują opisane mechanizmy, ale też zabezpieczają się od zewnątrz. Wytwarzają wspomniane włoski, wosk, żywicę i korę. Każde z nich ma zapewnić izolację termiczną.
Ciekawy jest także mechanizm zabezpieczania korzeni. Samotnie rosnące drzewo tworzy u podstawy pnia parasol z gałęzi, by okryć nim cały system korzeniowy. Gdy będą mu towarzyszyli sąsiedzi (np. w młodniku czy dorosłym drzewostanie), to okrywę z gałęzi będzie się starała wytworzyć cała grupa.
Strategię przetrwania zimy może warunkować miejsce bytowania rośliny. Zimozielona borówka będzie korzystać nie tylko z warstwy opadłego śniegu, ale i ściółki oferowanej przez sąsiadów. Warto pamiętać, że roślina rosnąca w warunkach naturalnych poradzi sobie lepiej. Natomiast rośliny ozdobne mogą mieć problemy z przetrwaniem zimy bez strat. Zauważyć to można, patrząc na ogrodowe tuje, które po zimie sprawiają wrażenie przypalonych z jednej strony. To efekt wysuszających, wychładzających, mroźnych wiatrów.
Kapsuły przetrwania
Rośliny jednoroczne przetrwają zimę w postaci nasion. Wśród nich są takie, które potrafią, jeśli trafią na dogodne warunki, wytworzyć dwa pokolenia nasion, a niektóre z naszych jednorocznych chwastów przy długich jesieniach wytwarzają nawet trzy pokolenia w trakcie jednego roku! Nasiono, podobnie jak wyrośnięte już rośliny, jest w trakcie spoczynku organizmem żywym. Wprawdzie w ograniczonym zakresie, ale cały czas odbywa się proces oddychania, następują bardzo powolne zmiany chemiczne. W wielu przypadkach wewnętrzny zegar chemiczny odlicza czas do skiełkowania. Sam fakt reakcji nasion na temperaturę i wilgotność wskazuje, że tli się w nich życie.
Warto się przyjrzeć tym roślinnym kapsułom z DNA. Kształt i przystosowanie nasion nie wynikają jedynie z potrzeby przetrwania zimy, ale również z obranej przez roślinę strategii rozprzestrzeniania się. Przykładem niech będzie śliwa, której nasiono jest okryte miąższem, będącym dodatkowym elementem ochronnym. Zjadane przez zwierzęta nasiono znajdujące się w owocu w całości przechodzi przez układ pokarmowy i jest wydalane. Zarówno odchody, jak i ściółka gwarantują nasionu w miarę ciepłe okrycie.
– Często zapominamy, że w dobrej ściółce liściastej cały czas zachodzą procesy rozkładu, może też dochodzić do żerowania stworzeń, a to wszystko generuje ciepło. To nie jest jedynie pasywny mechanizm izolujący – podkreśla Katarzyna Misiak. W tym przypadku okres mrozów jest niezbędny. Jeśli nasiono nie otrzyma impulsu zimna, to nie zacznie kiełkować. Muszą przejść moment chłodu i odpowiedniej wilgotności, żeby łupina nasienna zaczęła pękać, rozpoczynając proces kiełkowania.
Inaczej proces ten przebiega w przypadku traw, których nasiona zostaną ochronione warstwą izolującą złożoną z roślin. W nasionach ziarniaków znajdują się także substancje zapasowe. Jeśli nasiona są suche, unikną procesów gnilnych, a warstwa śniegu zapewni im dodatkowe ciepło.
Fot. Jakub Rutana
Wyższy poziom autonomii
U roślin w stan zimowego spoczynku nie musi przechodzić cały organizm. Zdarza się, że jedna gałąź ma trochę inny rytm niż pozostałe, co widać w przypadku drzew rosnących przy latarniach, gdzie jesienią oświetlane fragmenty rośliny wciąż mają zielone liście, podczas gdy pozostała część drzewa jest już ich pozbawiona. Drzewo w pewnym sensie dysponuje autonomią wszystkich jego części. Ta niesubordynacja niektórych z nich nie musi być wadą, bo dzięki temu mają zdolność regeneracji utraconego fragmentu, wytwarzając nowy, mający dokładnie takie same funkcje. Jedna gałąź zaatakowana przez patogen może zostać odcięta od reszty organizmu w celu pozbycia się choroby. W toku wzrostu drzewa część gałęzi zacznie zacieniać starsze, te zamierają i obserwujemy oczyszczanie się drzew. Mamy do czynienia z czymś na kształt rachunku ekonomicznego całego organizmu, który pozbywa się części nieopłacalnych w utrzymaniu. Drzewa można porównać do zakładu pracy, w którym pracownicy współdziałają, a nie konkurują wewnątrz organizacji. Gdy jeden pracownik idzie na zwolnienie, inny go zastępuje.
