Die Größe und Form der Pflanzenblätter scheint endlos. Es gibt die massiven fächerartigen Blätter der Palme, die dünnen Zinken des Farns, die mittelgroßen handförmigen Blätter der Rosskastanie und vieles mehr. Aber warum Blätter so unterschiedliche Formen annehmen, ist Wissenschaftlern lange ein Rätsel geblieben.
Frühere Forscher schlugen vor, dass die Verfügbarkeit von Wasser und das Risiko einer Überhitzung die Blattgröße bestimmen. Aber wie Helen Briggs bei der BBC berichtet, schlägt eine neue Studie, die in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, vor es ist etwas komplizierter.
Die Idee von Wasserverfügbarkeit und Blattform lässt sich auf den dänischen Botaniker Eugenius Warming aus dem 19. und frühen 20. Jahrhundert zurückführen, der vermutete, dass durch die hohen Niederschläge in den Tropen Dinge wie Palmwedel und Bananenblätter zu enormen Größen heranwachsen können, schreibt Ian Wright, Erstautor der Studie für das Gespräch.
Diese Idee wurde in den 1960er und 1970er Jahren verfeinert, als Wissenschaftler herausfanden, dass große Blätter im Sommer überhitzen können. Um dies zu verhindern, setzen sie auf die Transpirationskühlung - das Blattäquivalent zur Schweißaufbereitung. Dieses Modell half zu erklären, warum die Blätter von Wüstenpflanzen winzig sind (sie können es sich nicht leisten, ihr kostbares Wasser zu "schwitzen") und die Blätter von Pflanzen an kühlen, schattigen Stellen oft groß werden.
Die Forscher konnten jedoch immer noch nicht alles angemessen erklären, wie die Fülle der großblättrigen Arten, die in der sengenden Hitze der Tropen dominieren, oder die winzigen Blätter von Pflanzen, die in kühleren Teilen der Welt leben.
Um diese Widersprüche auszuräumen, analysierte ein globales Wissenschaftlerteam laut einer Pressemitteilung die Blätter von 7.670 Pflanzen aus Breiten und Ökosystemen auf der ganzen Erde. Unter Berücksichtigung der durchschnittlichen Tages- und Nachttemperaturen, des Niederschlags und der Luftfeuchtigkeit fanden die Forscher eine Reihe von Regeln, die die maximale Blattgröße bestimmen.
„Wir haben ein neues Framework entwickelt, um zu modellieren, wie sich die Temperatur der Blätter im Verhältnis zum Standortklima ändern sollte“, erklärt Wright Briggs. "Was wir zeigen konnten, ist vielleicht die Hälfte der Welt überstanden. Die Gesamtgrenzen für die Blattgröße werden viel mehr durch das Risiko eines nächtlichen Einfrierens als durch das Risiko einer Überhitzung während des Tages festgelegt."
Wie Alice Klein von New Scientist berichtet, ist die Vermeidung des nächtlichen Einfrierens oder der Überhitzung am Tag ein Spagat zwischen zwei Faktoren: der Größe der Oberfläche eines Blattes, die es für die Transpiration (Schwitzen) verwenden kann, und der Größe seiner Grenzschicht, einer Fläche von Unmittelbar um das Blatt herum befindet sich noch Luft, die als Isolierung dient.
Da große Blätter dickere isolierende Grenzschichten haben, ist es für sie schwieriger, nachts Wärme aufzunehmen, wodurch sie anfälliger für kalte Temperaturen werden. Die Grenzschicht macht sie auch ungeeignet für das Wüstenklima, wo die Isolierung die Gefahr einer Überhitzung am Tag birgt. Aber große Blätter können in den Tropen überleben, weil sie mit reichlich Wasser die Transpiration nutzen können, um sich abzukühlen.
"Es ist im Grunde ein Kompromiss zwischen dem Aufheizen und dem verfügbaren Wasser, um sich abzukühlen", sagt Wright gegenüber Klein. „Dieses neue Wissen hilft uns, einen grundlegenden Aspekt der Geschäftstätigkeit von Anlagen zu verstehen.“
Das neue Verständnis der Blattdynamik könnte Paläontologen helfen, alte Klimata und Ökosysteme aus Blattfossilien zu rekonstruieren. Dieses neue Wissen könnte Forschern aber auch helfen, zu verstehen, wie sich die Vegetation mit dem Fortschreiten des Klimawandels verändert und welche Arten aufgrund sich ändernder Regen- und Temperaturmuster anfällig für Rückgänge sind, sagt der Pflanzenschutzbiologe Andrew Lowe von der Universität von Adelaide gegenüber Klein.
Wenn also in diesem Herbst die Blätter von den Bäumen fallen, schauen Sie sich die Vielfalt der Formen und Größen an. Dass die überraschende Vielfalt passiert ist, hat einen Grund.
