Viele Aspekte der Pflanzenbiologie, insbesondere anatomische Themen, werden oft vernachlässigt oder einfach übersehen. Dieser Artikel ist eine Gelegenheit, der äußersten Schicht der oberirdischen Pflanzenteile, der Kutikula, ein wenig Werbung zu machen – eine dünne kontinuierliche Membran, die aus einer Polymermatrix (Cutin), Polysacchariden und zugehörigen lösungsmittellöslichen Lipiden (Cuticular Waxes) besteht.

Obwohl Stomata überragend sind, wenn es um kontrollierbaren Wasserverlust – Transpiration – von Pflanzen geht, fällt es auf die Kutikula, um unkontrollierten Wasserverlust von Pflanzenteilen zu reduzieren, wenn die Stomata geschlossen sind, oder auf oberirdischen Pflanzenoberflächen ohne Stomata. Die Kutikula ist wohl die ultimative Verteidigung der Pflanze gegen Austrocknung.* Angesichts der Bedeutung der Rolle dieser Schicht mag es überraschend erscheinen es ist nur wenige Mikrometer dick. Umso wichtiger ist es, dass die Nagelhaut ihren Zweck erfüllt.

Einer der Lebensräume, in denen eine effiziente Kutikula von größter Bedeutung ist, ist in heiße Wüsten, die nicht nur heiß, sondern auch wasserarm sind, was dazu führt, dass sowohl die Wassergewinnung als auch die Wasserspeicherung ein großes Problem für Pflanzen darstellen. Pflanzen an solchen Orten haben oft viele Modifikationen, die es ihnen ermöglichen, in einer solchen wasserfordernden Umgebung zu überleben, und werden oft als klassifiziert Xerophyten. Eine solche Anpassung ist oft eine dickere Kutikula als normal. Aber ist dicker unbedingt gleich wirksam?

Wenn man bedenkt, dass Nagelhaut im Grunde Fetthüllen sind und dass Fette beweglicher werden, wenn sie aufgewärmt werden (denken Sie daran, wie viel einfacher es ist, Butter zu verteilen, wenn sie aus dem Kühlschrank genommen wird, nachdem es sich auf Raumtemperatur erwärmen konnte), könnte die Kutikula bei erhöhter Temperatur flüssiger und weniger wirksam als Barriere gegen Wasserverlust werden? Oder, wissenschaftlicher ausgedrückt, welche Beziehung besteht zwischen der Widerstandsfähigkeit der Kutikula gegen Wasserbewegungen unter den hohen Temperaturen in einer Wüstenumgebung und der Chemie der Kutikula? Weichen solche Cuticula von denen von Pflanzen mehr ab mesisch Umgebungen, in denen Wasser leichter verfügbar ist?

So überraschend es scheinen mag, scheint es wenig Informationen zu diesen wichtigen Punkten zu geben, die an Wüstendaten fehlen Ann-Christin Schuster et al. zielte darauf ab, richtig zu stellen. Verwenden Rhazya stricta (ein immergrüner, Zwergstrauch der Apocyanaceae der in Trockengebieten lebt von der Arabischen Halbinsel zu Südiran bis Nordwestindienuntersuchten sie die Wirkung einer erhöhten Temperatur auf die Wasserdurchlässigkeit ihrer Kutikula. Diese Eigenschaft nahm zwar zu – dh bei höheren Temperaturen (bis 50 °C) ging mehr Wasser durch die Kutikula verloren als bei niedrigeren Temperaturen (ab 15 °C) – aber diese Zunahme war deutlich geringer als bei Pflanzen, die unter nicht-arabischen Wüstenbedingungen leben.

Das Team schlägt vor, dass diese verringerte „Leckage“ auf die großen Mengen an Triterpenoiden zurückzuführen ist, in denen sie gefunden wurden R. stricta's Nagelhaut. Insbesondere schlagen sie vor, dass diese organischen Moleküle die Wärmeausdehnung des Polymers beschränken (dh sie stabilisieren die Struktur der Kutikula), wodurch die Unterbrechung reduziert wird, die mit erhöhten Temperaturen in der Kutikula anderer Pflanzen einhergeht. Auf diese Weise bleibt die Barriere der Pflanze gegen unkontrollierten Wasserverlust intakt.**

Der obige Befund repräsentiert eine evolutionäre Dimension – Anpassung von Pflanzen an ihre Umgebung – in einer blühenden Pflanze, eine der Krönungen der Pflanzenevolution. Ein noch längerfristiger evolutionärer Blickwinkel ist im nächsten Absatz enthalten …

So wie das Zurückhalten von Wasser in heißen Wüstenumgebungen für das Überleben hochentwickelter Pflanzen wichtig ist, Entwicklung einer Kutikula und die Fähigkeit, auf trockenem Land zu überleben, ist einer der entscheidenden "Momente" auf dem evolutionären Weg, der es den "Pflanzen" ermöglichte, den terrestrischen Lebensraum zu kolonisieren und schließlich die Landflora hervorzubringen (die wir besser kennen als die Werk Königreich). Eine wichtige Schlussfolgerung ergibt sich aus der Untersuchung der Kutikula von Moosen (Pflanzen, die einige der frühesten Beispiele für terrestrische Vegetation als Teil der großen Evolutionsreise von aquatischen Grünalgen-Vorfahren zu Angiospermen darstellen). Lukas Busta et al. war das 'insgesamt, Wachszusammensetzung und Deckkraft Funaria hygrometrica waren denen ähnlich, die für einige Gefäßpflanzenarten berichtet wurden, was darauf hindeutet, dass die zugrunde liegenden biosynthetischen Prozesse in Pflanzen beider Linien von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt wurden.' Ein weiterer Beweis, der die evolutionäre Sicht auf die Ursprünge des Pflanzenreichs unterstützt.

[Hrsg. – Dieser Punkt erinnert mich an eine Frage, die Sie Ihren Studenten stellen sollten: Wo auf einer Pflanze würden Sie die Kutikula finden? Man würde sicherlich die Antwort "auf den Luftteilen" erwarten. Die besser informierten/besser belesenen Schüler könnten jedoch freiwillig die Information geben, dass eine Kutikula auch in den Samen einiger Angiospermen (!) gefunden werden kann. Mehr zu diesem Phänomen der Open-Access-Artikel von Julien De Giorgi et al. könnte ein guter Ausgangspunkt sein].

* Neben anderen Rollen. Die Kutikula schützt die Pflanze auch auf andere Weise (weitere Informationen finden Sie auf Seiten wie fehlen uns die Worte.).

** Da Nagelhaut bekanntermaßen nicht nur Barrieren für flüssiges Wasser sind, sondern zu Wasserdampf, sie sind auch gasdichte Barrieren weitgehend. Sie verringern also nicht nur den Wasserdampfverlust einer Anlage, sondern reduzieren auch den Gasaustausch zwischen der Anlage und der Außenumgebung. Wenn die Durchlässigkeit von „Wasser“ bei hohen Temperaturen zunimmt, nimmt dann nicht auch die Durchlässigkeit für andere Gase zu? Könnte dies ein Weg sein, auf dem Pflanzen in solch heißen Wüstenlebensräumen zusätzliches CO2 aus der Atmosphäre gewinnen, das für die Photosynthese verwendet werden könnte? Könnte dies ein weiterer genialer Weg sein, wie Pflanzen Einschränkungen der Photosynthese umgehen können, wenn Stomata geschlossen sind, aber wenn viel Licht vorhanden ist …?