Bäume haben unterschiedliche Anpassungen, um mit dem Winter fertig zu werden. Knospenschuppen oder Kataphylle (äußerste Blattformen einer Knospe) sollen eine physische Barriere bilden, die die neuen Blätter vor der rauen Umgebung schützt, aber über 40 blühende Pflanzenfamilien haben sie nicht. Dies wirft die Frage auf, warum manche Gehölze Knospenschuppen haben und andere nicht.

Kristel Schoonderwoerd und William Friedmann an der Harvard University gefunden dass Knospenschuppen nicht unbedingt eine Anpassung an Winterumgebungen gemäßigter Bäume wie Walnüsse und Hickorys sind. Die Forscher verfolgten sorgfältig die Bildung von über 2,000 Blättern, verwendeten Mikro-CT-Scans und rekonstruierten einen Evolutionsbaum von Endknospentypen in Juglandaceae. Das Team schlägt vor, dass Knospenschuppen sich nicht entwickelt haben, um Knospen in erster Linie vor Winterbedingungen zu schützen, sondern um die Knospen vor Umwelteinflüssen in der Vegetationsperiode zu schützen.

Drei Knospen, fotografiert als dicht gewickelte grüne Päckchen.
Walnuss, Shagbark-Hickory und Hickory-Baumknospen. Quelle: canva

Die Experimente wurden 2019 am Arnold Arboretum der Harvard University eingerichtet und bestanden aus sechs Baumarten: Bitternuss-Hickory (Carya cordiformis), Shagbark-Hickoryholz (Carya ovata), Schwarze Walnuss (Juglans Nigra), japanische Flügelnuss (Pterocarya rhoifolia), Chinesische Flügelnuss (Pterocarya stenoptera) und Platycarya strobilacea (allgemein Platycarya genannt).

Zwischen April und Oktober maßen die Forscher jeden Monat zerstörungsfrei jedes Blatt und jede ruhende Knospe. Die Messungen einzelner Blätter entlang jeder Achse (Blattstiel) ermöglichten den Wissenschaftlern zu verfolgen, ob alle Blätter gleich schnell wachsen, auf die gleiche Größe oder ob die Blätter vielleicht in der Mitte breiter und länger sind als die an der Basis.

Das Team sammelte auch Terminalknospen in den Winter-, Frühlings- und Sommermonaten für Mikro-CT-Scans. Basierend auf früheren Forschungen wurde ein molekularer Evolutionsbaum von 48 Arten in Juglandaceae rekonstruiert.

Die Verfolgung der Knospenbildung kann zeigen, wie sich Bäume an unterschiedliche Bedingungen anpassen. Das haben zum Beispiel frühere Untersuchungen gezeigt Pflanzen blühen früher als früher aufgrund des Klimawandels und Phänologische Studien können den Landwirten dabei helfen, später oder früher blühende Pflanzensorten auszuwählen um Frostschäden zu reduzieren.

Die Vielfalt der Knospen- und Blattmorphologien von sechs Baumarten mit weitem Verbreitungsgebiet in Ostasien (EA) und Nordamerika (NA). Abkürzungen: ab, Achselknospe; c, Niederblatt; cs, Niederblattnarbe; lam, Blattspreite; p, Blattstiel. Adaptiert von: Schoonderwoerd und Friedman, 2022

Schoonderwoerd und Friedman fanden heraus, dass das Knospen- und Blattwachstum bei den sechs Baumarten über mehrere Jahreszeiten hinweg variierte. Die anfängliche Knospenform bestimmte nicht, wie der Rest der Blätter wachsen würde, aber insgesamt waren die überwinternden Blätter typischerweise kleiner und hatten eine kürzere Lebensdauer. Die relative Flexibilität in den Wachstumsmustern zeigt unterschiedliche Anpassungen und Strategien während des gesamten Lebens eines Baumes.

Die Blätter wuchsen bei den nackten Knospenbäumen anders als bei den knospenschuppentragenden Bäumen. Die Blätter der Arten vom Nacktknospentyp (Pkt. Stenopteren) hatten die gleichen Proportionen entlang des Blattstiels, aber die Proportionen variierten bei den drei Arten mit Knospenschuppen (Pkt. rhoifolia, Pl. Strobilacea und C.ovataDie Ausbildung von Knospenschuppen führt während der Vegetationsperiode zu Übergangsblattformen, die aktiv auf Umweltreize reagieren können, gefolgt von der Bildung der Laubblätter. Der Kompromiss zwischen der Verzögerung der Laubblattbildung und dem Vorhandensein von Knospenschuppen scheint eher während der Vegetationsperiode als in der Ruhephase (Winter) zu bestehen. Daher haben sich Knospenschuppen möglicherweise nicht primär zum Schutz der Knospen vor winterlichen Bedingungen entwickelt, sondern vielmehr zum Schutz der Knospen vor Umwelteinflüssen während der Vegetationsperiode.

„Mit dieser Arbeit wollen wir zeigen, dass die Entwicklung ruhender Knospenstrukturen in einigen gemäßigten Bäumen nicht allein durch selektiven Druck der Winterumgebung wie Kälte und Gefriertemperaturen geprägt wurde“, schreiben Schoonderwoerd und Friedman.

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Schoonderwoerd, KM und Friedman, WE (2022) "Interspezifische morphologische Variation in der Organisation der ruhenden Knospen von Juglandoideae: ein Wintermärchen?" Annals of Botany, 129 (6), https://doi.org/10.1093/aob/mcac050