Nová studie naznačuje, že malé listy jsou odolnější vůči suchu kvůli těsnějšímu zhutnění jejich žilek, což řeší dlouhodobou záhadu, proč rostliny v suchých prostředích mají menší listy, zatímco ty ve vlhkých jsou větší.
Pokud jste někdy byli v tropickém skleníku, pravděpodobně jste se setkali s rostlinami s obrovskými příliš velkými listy, mnohem většími než cokoli, co se přirozeně vyskytuje v sušších prostředích našich zahrad. Pozorování, že rostliny rostoucí na suchých, exponovanějších stanovištích mívají menší listy, je jedním z nejlépe zdokumentovaných biogeografických trendů v rostlinné vědě. Ve skutečnosti ji poprvé popsal Theophrastus ve starověkém Řecku a od té doby o ní diskutovali průzkumníci a vědci. Přestože je tento trend tak nápadný, vědci nikdy pořádně nepochopili, proč k němu dochází.
Celosvětový fenomén
Nové výsledky výzkumu od týmu vědců z UCLA poprvé nabízejí přímé a jednoduché vysvětlení globálních vzorců pozorovaných ve velikosti listů. Porovnáním velkého množství vlastností listů proti velikosti listů u více než 450 globálně distribuovaných druhů si vědci rychle všimli, že zejména jedna vlastnost, jak blízko byly žilky listů (hustota žilek), konzistentně korelovala s velikostí listů. Jak se listy zmenšují, největší a nejviditelnější žíly (“hlavní žíly”) se stávají těsněji u sebe.
Profesor ekologie a evoluční biologie na UCLA, Lawren Sack, který vedl výzkum, vyzývá každého, aby šel ven, sbíral listy různých velikostí a viděl tento fenomén na vlastní oči.
Může se to zdát jako samozřejmé pozorování, ale až dosud nebylo vytvořeno žádné funkční spojení mezi hustotou žilnatosti listů, velikostí listů a prostředím, ve kterém rostlina žije. Vědci navrhli, že těsné balení hlavních žilek v malých listech umožňuje lepší transport vody listem, což napomáhá přežití v suchých podmínkách.
U rostlin jsou žilky nezbytné pro transport vody z kořenů přes stonek a do listů. Na povrchu listu jsou drobné póry známé jako průduchy, které se otevírají a získávají oxid uhličitý (CO2) pro fotosyntézu. Stejně jako my potřebujeme jídlo k růstu, rostliny potřebují uhlík, který získávají z atmosférického CO2. Když však rostliny otevřou průduchy, voda se ztrácí vypařováním a musí být nahrazena tou ze spodní části rostliny a půdy. Jak se voda vypařuje, více se stahuje z žilek listů, které zase tahají více z velkých vodních trubek stonku – tzv. xylém, který vytahuje vodu z půdy přes kořeny. Tímto způsobem jsou žilky listů klíčové pro udržení kontinuity „systému přívodu potrubí“ z centrálního vodního zdroje rostliny k povrchu listu, což umožňuje průduchům zůstat otevřené a pokračovat v požírání CO.2. Bez tohoto přísunu vody do průduchů by se uzavřely, aby se zabránilo dalším ztrátám vody, snížilo by se množství potravy, kterou rostlina může získat, a narušilo by se tok vody rostlinou na velké vzdálenosti, což nakonec způsobilo vadnutí a odumírání listu.
Superdálnice v žilách
Určuje tedy to, jak shlukování žilek v listu prostředí, do kterého je rostlina vhodná?
Za prvé, žíly v listu se liší velikostí a počtem; když podržíte list proti světlu, první tři „řády“ žilek jsou jasně viditelné pouhým okem, to jsou „hlavní žíly“ (obr. 2). Jakékoli žilky menší než tato jsou menší žilky, které dávají vzniknout síťovitému vzoru, který je často pozorován na spodní straně listu.
Sack a kolegové zjistili, že hustota hlavních žilek koreluje s velikostí listů; hlavní žíly byly těsněji rozmístěny u malých listů a dále od sebe u větších listů. Na druhé straně nebylo zjištěno, že by drobné žilky korelovaly s velikostí listů.
Vědci navrhli, že vyšší hustota hlavních žilek chrání listy před „emboliemi“, malými vzduchovými bublinkami, které blokují žílu, když je nedostatek vody. Díky větší šířce a délce přenášejí hlavní žíly vodu efektivněji skrz list a lze je považovat za „superdálnice“ pro přepravu vody. Drobné žilky jsou na druhé straně srovnatelné s městskými silnicemi, umožňují vodě dosáhnout všech oblastí listu, ale transportují ji mnohem pomaleji.
Pokud dojde k embolii na superdálnici, dalo by se očekávat, že způsobí velké narušení toku vody, která musí najít alternativní cestu skrz list. Čím blíže je další superdálnice, tím rychleji se voda může přesměrovat kolem ucpání a vyhnout se tomu, že trávíte příliš mnoho času na pomalejších městských silnicích.
K otestování této myšlenky vědci zkonstruovali počítačový model listů různých velikostí s různými
žilní struktury a simuloval vliv embolií na účinnost transportu vody. Potvrdili to
zablokování hlavních žil mělo velký dopad na průtok vody listem, ale to by se dalo zachránit přidáním více velkých žilek. Zablokování menších žil na druhé straně mělo vůbec malý účinek. V prostředích, kde je přebytek vody, jako je tropický deštný prales, existuje snížené riziko ucpání velkých žil, takže listy mohou dorůst do velkých velikostí a těžit ze zvětšené listové plochy pro fotosyntézu.
Analýza minulých podnebí
Tento objev je obzvláště vzrušující pro paleobiology, kteří se snaží znovu vytvořit minulé klima. Fosilní list
velikost se často používá k předpovědím o klimatu, ve kterém by rostlina žila. To však závisí na tom, že zkamenělé listy jsou celé, což často neplatí, zejména u větších listů. Je však možné získat informace o hustotě žilek pouze z části listu, což umožňuje vědcům nyní provádět předpovědi pouze pomocí fosilizovaných fragmentů listů, kterých je mnohem větší množství.
Rona Costello, University of Sheffield
