Zielona hydraulika, czyli jak rośliny poradziły sobie na lądzie

Wysokie sekwoje i smukłe pnącza w dżungli podnoszą wodę z gleby do swoich szczytowych liści przez rurkowatą tkankę zwaną ksylemem lub drewnem. W pierwszych roślinach, które osiągały zaledwie kilka centymetrów i rosły tylko w wilgotnym środowisku, ksylem działał jak prosta cylindryczna wiązka słomek do picia biegnących w łodydze. Współczesna biosfera istnieje, ponieważ ta struktura stała się w jakiś sposób znacznie bardziej wyrafinowana.

„Ekosystemy, które stanowiły podstawę ewolucji życia na lądzie, tak naprawdę nie istniały, dopóki rośliny naczyniowe nie przystosowały się do rośnięcia w stosunkowo suchych miejscach” – mówi biolog Martin Bouda z Czech Academy of Sciences w Pradze.

Wiele współczesnych ksylemów ma skomplikowane przekroje poprzeczne, które wyglądają jak porozrzucane pierścienie, krzyże, romby lub serca, z rozdzielającą tkanki ksylemu martwą przestrzenią zwaną rdzeniem. Ale to, co skłoniło rośliny do takiego przekształcenia rurek, pozostaje tajemnicą. Zespół Boudy zasugerował ostatnio na łamach „Science”, że rośliny rozwinęły ksylem, by przetrwać suszę. Wodę utraconą z liści w suchym powietrzu niełatwo uzupełnić, gdy gleba jest wyschnięta. Usiłowania obciążają ksylem, wprowadzając pęcherzyki powietrza, które zatykają rurki i pozbawiają tkanki wody – podobnie jak zatory powietrzne odcinają przepływ krwi u zwierząt. Zespół Boudy wykorzystał symulacje oparte na współczesnych i kopalnych roślinach, aby pokazać, w jaki sposób luki i ślepe zaułki we współczesnym ksylemie utrudniają rozchodzenie się takich bąbelków.

Ale zmiany na mniejszą skalę w komórkach ksylemu i w tkankach też mogą chronić przed suszą – mówi biolog ewolucyjny z Cornell University Jacob Suissa i dodaje: „Złożone przekroje mogły powstać przypadkowo, gdy rośliny stawały się większe, bo w ewolucyjnej skali czasowej rozmiar jest skorelowany z rosnącą złożonością i nie każda cecha musi być adaptatywna”. Suissa sugeruje, że dokładne porównanie ksylemu roślin z różnych klimatów może rozwiać niejasności.

Niemniej jednak badanie uzmysławia potencjalnie ogromne konsekwencje małych zmian ewolucyjnych. Zdaniem Boudy „trudno sobie wyobrazić, jak wyglądałaby planeta i żyjące na niej gatunki bez odpornych na suszę roślinnych rurek”.