Nauka poszła w las, czyli cztery pory roku dendrologa: Lato
Latem rośliny zajmują się swoim najważniejszym ewolucyjnym zadaniem: rozmnażaniem. Produkowane od wiosny zapasy cukrów są zużywane nie tylko na wzrost, ale też na wytworzenie organów na to pozwalających, czyli kwiatów i owoców. Ogromnie zróżnicowanych, bo ważny jest dobór metod zapylania i rozprzestrzenia nasion. Rozmiar tej inwestycji roślina musi dopasować do swojej strategii życiowej. I ta – jak każda – musi się przecież zwrócić.
Kwiaty: strategie dla rozwoju
Kwiaty zwykle kojarzą się nam z pięcioma ułożonymi promieniście płatkami, pomiędzy którymi znajdują się organy żeńskie (słupki) i męskie (pręciki). Ten klasyczny obraz jest częsty u wielu roślin owadopylnych. Duże płatki służą do wabienia owadów. Ich kolor ma wyróżniać się na tle zieleni i być również widoczny w spektrum ultrafioletu. Gdy zapylacze przylecą, będą szukać nektaru i przy okazji przylepi się do nich pyłek. Odpadnie on od odnóży, kiedy usiądą na kolejnym kwiecie i przy odrobinie szczęścia trafi na znamię słupka – tak będzie mogło dojść do zapłodnienia. Kwiaty owadopylne mają zwykle dużo pręcików, produkują więc sporo pyłku. To jednak oznacza spory koszt. Dlatego część roślin wykształciła kwiaty rurkowate, gdzie płatki są częściowo zrośnięte. Zmniejsza to możliwość przypadkowych odwiedzin – tylko nieliczne gatunki owadów będą w stanie dostać się do środka. Czasami to, co uznajemy za kwiat, w rzeczywistości jest kwiatostanem. U roślin z rodziny astrowatych kwiatostany mogą składać się z kwiatów rurkowatych, języczkowatych lub jednych i drugich, sprawiających wrażenie pojedynczego kwiatu. Ta strategia pozwala za jednym razem przygotować wiele owoców, ułatwiając im ekspansję.
Inną strategią jest wiatropylność. Tutaj kwiaty mają zredukowany kielich i płatki – nie są im potrzebne do wabienia i mogą przeszkadzać w unoszeniu pyłku przez wiatr. Często mają osobno kwiaty męskie, a osobno żeńskie. Pręciki są bardzo długie, by umożliwić rozprzestrzenianie pyłku. Słupki zwykle są mniejsze, nieraz więc żeńskie kwiaty są prawie niewidoczne.
Wśród roślin organy płciowe mogą być rozdzielone zarówno w ramach kwiatów, jak i w ramach całych roślin. Mówimy wtedy o gatunkach dwupiennych, czyli takich, gdzie mamy drzewa lub krzewy żeńskie i męskie (to na przykład odpowiednio cis, klon jesionolistny lub wierzba iwa oraz rokitnik i jałowiec). Podobnie jak u ludzi, u tych roślin różnice między płciami podkreślają nie tylko organy służące rozmnażaniu, lecz także inne cechy. Badania prowadzone w Instytucie Dendrologii PAN w Kórniku wykazały, że męskie i żeńskie cisy i jałowce różnią się składem chemicznym igieł oraz tempem wzrostu. Żeńskie cisy i męskie jałowce rosły szybciej, gdy otrzymywały więcej składników odżywczych. To pokazuje, że w zależności od strategii życiowej danego gatunku jedna z płci reaguje w inny sposób niż druga. A dzięki temu osobniki męskie i żeńskie mogą zajmować nieco inne miejsce w ekosystemie, zmniejszając konkurencję wewnątrzgatunkową. Na przykład w Ameryce Północnej na żyźniejszej glebie w populacji u klonu jesionolistnego jest więcej drzew żeńskich niż męskich, a w miejscach z niedoborem składników odżywczych lub suchszych, więcej jest osobników męskich.
Owoce: szanse na ekspansję
Dodatkowe tkanki okrywające nasiona muszą pomagać roślinie je rozprzestrzenić. Najprostszym sposobem rozsiewania jest barochoria, czyli swobodne opadanie pod wpływem grawitacji. Pozwala to jednak na niewielki zasięg, jest więc odpowiednią strategią dla drzewa, które rośnie w dogodnym siebie miejscu i ma dużą zdolność trwania w cieniu koron przodków. Inne gatunki korzystają z siły wiatru (anemochoria) – dzięki skrzydełkom czy puchowi nasiona mogą być niesione przez wiatr na znacznie większe odległości. Robią to rośliny zajmujące nietrwałe siedliska – np. luki w drzewostanie czy miejsca zaburzone działalnością człowieka, gdzie warunki do życia mogą szybko się zmienić.
Część roślin przystosowała się również do przenoszenia nasion przez wodę, nadając im pływalność poprzez puste przestrzenie wewnątrz lub przez płaski kształt umożliwiający unoszenie się na wodzie. Hydrochoria często jest zresztą często łączona z anemochorią – przykładem mogą być klony, jesiony i bożodrzew gruczołowaty.
Kolejną strategią jest wykorzystanie zwierząt (zoochoria). Mogą one przenosić owoce np. na sierści, zjadać je albo gromadzić w spiżarniach. Wszystkie opcje wymagają od roślin dodatkowych starań.
Gładkie owoce do niczego się nie przyczepią, muszą więc wykształcić kolce i haczyki. Jak przysłowiowe rzepy, czyli najczęściej owoce łopianów które rosną na przydrożach i brzegach lasów. Albo podobne z nazwy – rzepik i rzepień – rośliny z dwóch różnych rodzin, które łączy podobna strategia.
Owoce z miękkim wnętrzem często stanowią pokarm dla zwierząt, które zwykle wydalają z dala od roślin, na których żerują. Nasiona niektórych roślin mają grubą skorupę i to pozwala im przetrwać w przewodzie pokarmowym. Najlepszym przykładem są pestki czereśni. Badania nad mechanizmami rozprzestrzeniania jej bliskiej krewnej – czeremchy amerykańskiej – pokazały, że więcej młodych drzewek można znaleźć bliżej owocujących drzew matecznych, ale pod okapem sosen, które z reguły wyższe od drzew liściastych są dobrym miejscem po posiłku dla ptaków. Z drugiej strony, część ptaków objada owoce na miejscu i pozwala pestce opaść pod drzewem. Ten mechanizm tłumaczy sytuacje, kiedy najwięcej młodych drzew gatunków owocowych można znaleźć pod jego konarami.
Są też rośliny wytwarzające na tyle duże nasiona, że same w sobie stanowią one wartościowy pokarm i są chętnie zbierane na zimę. Żołędzie czy bukiew przyciągają gryzonie i ptaki, które część zjadają na miejscu, a część roznoszą do skrytek rozmieszczonych w różnych fragmentach lasu. Część nie przeżywa zimy, a te którym uda się przetrwać, nie docierają do wszystkich kryjówek. W ten sposób nasiona są deponowane w wielu nowych miejscach, gdzie zyskują szansę na dobry start.
Nasiona: mądrość wyboru
Główny dylemat roślin to wybór pomiędzy bardzo dużą ilością mniejszych nasion a mniejszą liczbą większych, lepiej zaopatrzonych w substancje odżywcze. W miejscach, gdzie warunki życia są komfortowe, dla wielu gatunków roślin z reguły głównym problemem jest konkurencja o światło. Po skiełkowaniu siewka nie tylko będzie zacieniana przez górujące nad nią drzewa, ale będzie musiała walczyć z roślinami zielnymi oraz innymi siewkami. W takich warunkach przez pewien czas będzie cierpieć na niedobór światła potrzebnego do prowadzenia fotosyntezy. Przetrwać pierwszy rok, w którym najwięcej siewek obumiera z braku światła, mogą pomóc substancje zapasowe zgromadzone w liścieniach, czyli powstających w zarodku nasiona liści. Dzięki nim młode dęby utrzymują się w zacienionym lesie przez dwa lub trzy lata, podczas gdy siewki roślin o mniejszych nasionach zwykle zamierają w tym samym roku.
W przypadku roślin pionierskich i światłożądnych bardziej opłaca się rozproszyć ryzyko na jak największą liczbę potomstwa. Wtedy zwiększa się szansa na znalezienie nowego miejsca, z odpowiednią ilością światła. To ma szczególne znaczenie dla roślin ruderalnych, czyli rosnących w miejscach często zaburzanych i istniejących krótkotrwale – namuliskach i łachach w dolinach rzek, oraz ich antropogenicznych odpowiednikach – składowiskach ziemi czy hałdach piasku na budowach.
Oprócz rozmiaru nasion ważna jest też ich żywotność i mechanizmy przełamujące ich spoczynek. W zależności od składu chemicznego i budowy mechanicznej, niektóre mogą długo czekać na lepsze warunki do skiełkowania. Kluczowym elementem jest tutaj odporność na wysuszenie: niektóre nasiona znoszą utratę większości wody, inne muszą utrzymać ok. 50 proc. świeżej masy by zachować żywotność. Są także nasiona, które muszą poleżeć w niskiej temperaturze, a jeszcze inne wymagają skaryfikacji, czyli mechanicznego uszkodzenia łupiny.
Siewki: krok do sukcesu
Gdy nasiona skiełkują na dnie lasu pojawiają się siewki. W pierwszym roku nie zdążą zwykle zdrewnieć, a u części gatunków dość długo utrzymują się liścienie. Ich wielkość determinuje wielkość nasion oraz ich wartość odżywczą. Zwykle odpadają po wykształceniu się pierwszych liści, jednak często można je obserwować przez cały pierwszy sezon życia drzewa. Bywają często niepodobne do liści dorosłych osobników – dlatego rozpoznawanie siewek w terenie jest dodatkowym wyzwaniem.
U niektórych gatunków (np. u dębów) liścienie pozostają pod ziemią, dzięki czemu są mniej narażone na żerowanie roślinożerców i nieraz pozwalają siewce zgryzionej przez jelenia odrosnąć dzięki zgromadzonym zapasom. Widywałem na dnie lasu dęby kilkukrotnie nadszarpnięte przez jelenie, wciąż rosnące gatunki wytwarzające nadziemne liścienie to rzadkość. Młode pędy są pokarmem dostępnym przez cały rok. I duże (jeleniowate) i małe (owady) zwierzęta roślinożerne są poza tym wybredne – najchętniej zjadają drzewka z miękkimi liśćmi, zawierającymi mało substancji odstraszających.
Większości siewek nie udaje się przetrwać pierwszego roku życia – obserwując zaetykietowane rośliny w Wielkopolskim Parku Narodowym odnalazłem zaledwie kilka procent. Oprócz zwierząt za ich śmiertelność odpowiadał głównie niedobór światła lub substancji odżywczych w glebie. Myśląc o sukcesie rozrodczym drzew trzeba wziąć pod uwagę jak wiele siewek może się pojawić w danym roku. Na 100 m2 możemy mieć ich kilkanaście tysięcy, ale przeżywa kilkaset sztuk o wysokości <1,3 m. To jednak wystarczy, by w ciągu cyklu rozwojowego drzewostanu pozostało jedno lub dwa dorodne drzewa. Rosną one coraz wyżej, aby zacienić konkurencję. Przetrwanie pierwszych lat da im znacznie większą szansę na osiągnięcie w przyszłości warstwy koron i wydanie własnego potomstwa.
Rozmnażanie: nie tylko samodzielność
Zdolność do tworzenia swoich genetycznych kopii ma część gatunków, zwanych roślinami klonalnymi. Coraz większy areał zajmują one dzięki rozłogom, kłączom, odrostom korzeniowym i innym organom. Największą znaną na świecie rośliną klonalną jest Pando – rosnąca na ponad 40 hektarach topola osikowa. Ale widząc łan konwalii czy borówek w lesie możemy być pewni, że spora część z nich jest ze sobą połączona. Takie organizmy mogą żyć setki albo tysiące lat (np. kępa borówki czernicy 300–400).
Zdolność do wzrostu klonalnego i jego możliwość jest trudniejsza do zbadania niż organy nadziemne roślin, bo wymaga żmudnego i ostrożnego wykopywania całych roślin, by nie uszkodzić systemów korzeniowych i rozłogów. Prowadzi się jednak takie badania i dzięki nim wiadomo, że rośliny klonalne mają dwie strategie: falagnową i partyzancką. Korzystając z pierwszej, roślina tworzy nowe klony bardzo blisko siebie, gęsto zasiedlając okolicę nowymi pędami. To pozwala jej nie dopuścić gatunków konkurencyjnych do dostępnych pod ziemią wody i substancji odżywczych. Ta strategia wymaga jednak więcej czasu na zajęcie terenu, który gatunki „partyzanckie” opanowują znacznie szybciej, tworząc pędy jak najdalej od siebie.
Rośliny klonalne rozmnażają się jednak także płciowo, czyli wymieniają się genami. Opanowanie jak największego terenu służy właśnie zdobyciu zasobów które posłużą do zbudowania jak największej liczby kwiatów. Dobrym przykładem może być badana przez nas turzyca Lachenala – gatunek występujący u nas tylko w Tatrach powyżej górnej granicy lasu. Wzrost klonalny wykazuje ona tam, gdzie jest silniejsza konkurencja, a na bardziej przyjaznych siedliskach inwestuje w rozmnażanie płciowe. 99 proc. siewek robinii akacjowej w lesie, gdzie nie dociera więcej niż 10% światła pełnego nie jest w stanie przeżyć jednego roku. Mimo to młode robinie często pojawiają się pod okapem drzew matecznych. 23 z 64 młodych robinii – które wykopywałem wraz z systemami korzeniowymi podczas swoich badań – było pochodzenia wegetatywnego, co tłumaczy też sukces ich odnowienia w zacienionych lasach.
Ewolucja: dostosowanie dla życia
Celem rozmnażania jest nie tylko zapewnienie ciągłości gatunku, ale też adaptacja. Podczas rozmnażania płciowego dochodzi do wymiany genów, w czasie której możliwa jest losowa zmiana sekwencji kodu genetycznego. Powstające w ten sposób zmiany w większości nie mają znaczenia, jednak czasami mogą pogorszyć lub polepszyć zdolność danej rośliny do przetrwania tam, gdzie rośnie. Mnożąc to przez liczbę roślin i pokoleń mamy coraz lepsze dostosowanie roślin do środowiska, a także różnicowanie się roślin na nowe gatunki.
Wobec szybko zachodzących globalnych zmian, szybkość adaptacji jest jednak zbyt mała, by drzewa były w stanie rosnąć w cieplejszym i suchszym klimacie. Nowe pokolenia potrzebują na to dekad lub stuleci. A klimat zmienia się tempie w bezprecedensowym.