Pflanzenanpassungen: Wüste, tropischer Regenwald, Tundra

Vielfältige Meeres-, Wasser- und Landpflanzen entwickelten sich lange bevor Dinosaurier die Erde durchstreiften. Von ihren bescheidenen Anfängen als einzellige Algen haben Pflanzen clevere Anpassungen entwickelt, um selbst in den rauesten Umgebungen zu überleben und sich zu vermehren.

Charles Darwins Evolutionstheorie hilft zu erklären, wie Pflanzenanpassungen als Ergebnis vererbter physischer und Verhaltensmerkmale auftreten, die von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben werden.

Sie finden faszinierende Beispiele für Pflanzenanpassungen beim Vergleich der Vegetation in Wüsten-, tropischen Regenwald- und Tundrabiomen.

Biome sind Gebiete mit ähnlichem Klima und ähnlicher Temperatur, die charakteristische Pflanzen und Tiere aufweisen, die sich an die Bedingungen der Region angepasst haben. Ähnliche Biome können in diskontinuierlichen geographischen Gebieten gefunden werden.

Biome auf der ganzen Welt sind in große Kategorien wie Wüsten-, Tundra- und Regenwaldbiome unterteilt. Anpassungen sind der Weg der Natur, Tier- und Pflanzenpopulationen zu helfen, in einem bestimmten Biom zu überleben.

Beispiele für Biome:

• Wüste: wasserspeichernde Sukkulenten, stachelige Blätter, geringer Niederschlag, hohe Verdunstung, extreme Temperaturen 
• Tundra: niedrige Bäume und Sträucher, kleine Gehölze, kalt, trocken, windig die meiste Zeit des Jahres
• Regenwald: dichter Dschungel, üppige Vegetation, starker Regen, hohe Luftfeuchtigkeit, tropisch, nährstoffarmer Boden
• Taiga: immergrüne Wälder, schneereiche, kalte Winter, wärmere und längere Vegetationsperiode als Tundra
• Laubwald: Laubbäume, die saisonal Blätter fallen lassen, kalte Winter und heiße Sommer
• Wiesen: baumlose Ebene mit Gräsern und Gehölzen, ausgedörrt, natürliche Brände häufig
• Chaparral: dichter Wald, Bäume haben dicke, immergrüne Blätter, wenig Regen im Sommer
• Savanne: Wald- und Grasland, knapper Baumbestand, die Sommer sind heiß und nass, Feuer- und Dürrezyklen

Pflanzen enthalten im Zellkern genetisches Material, das über Generationen weitergegeben wird. In jeder Pflanzenpopulation gibt es zufällige Mutationen während der Gametenzellteilung, sowie Variationen in Verhalten, Physiologie und anderen Besonderheiten, die bestimmten Organismen einen evolutionären Vorteil verschaffen.

Charles Darwin postulierte, dass dieser Prozess zur Entwicklung struktureller Anpassungen in einer Population führt, die die Fitness und Lebensfähigkeit verbessern.

Arten führen einen Wettbewerb des „Überlebens des Stärkeren“, wie es von frühen Evolutionisten beschrieben wurde. Verhaltensanpassungen umfassen zum Beispiel, bei unerträglicher Hitze oder ebenso schwierigen Bedingungen inaktiv zu werden und später zurückzukehren.

Ähnlich, Wüstenpflanzen mit schmalen Blättern eignen sich besser zum Wasserspeichern in der Wüste als Pflanzen mit breiten Blättern, die eine große Oberfläche haben. Im Laufe der Zeit werden Pflanzen, die überleben und sich fortpflanzen, durch natürliche Selektion zur dominierenden Art.

Nichtvaskuläre Pflanzen mit einfachen Strukturen wie Moose und Lebermoose waren die ersten Pflanzen, die sich an eine terrestrische Umgebung angepasst haben. Als nächstes entwickelten sich Farne, gefolgt von samentragenden Gymnospermen wie Nadelbäume und Ginkgos.

Blüte Angiospermen einschließlich Laubbäumen, Gräsern und Sträuchern entwickelte die Fähigkeit, Samen in schützende Samenanlagen eingeschlossen zu machen. Das Pflanzenleben vermehrte sich, nachdem Pflanzen die Fähigkeit entwickelt hatten, Samen produzieren die weite Strecken im Wind zurücklegten.

Gymnospermen waren bald zahlenmäßig den Angiospermen unterlegen, die die evolutionäre Oberhand gewannen. Gymnospermen sind für die Samenverbreitung auf Wind und Wasser angewiesen; während Angiospermen auf Wind und Wasser sowie auf Bestäuber angewiesen sind, die von den Blüten und dem Nektar dieser Pflanzen angezogen werden. Die Frucht von Angiospermen bietet zusätzliche Nährstoffe und Schutz für die Samen.

Heute, blühende Plfanzen sind auf der ganzen Welt allgegenwärtig. Angiosperm-Pollen sind kleiner als männliche Gymnosperm-Pollen, daher können sie die Eier schneller erreichen. Einige Arten von Samen überleben die Verdauung, wenn Tiere die Samen fressen und ausscheiden, was ihre weite Verbreitung und Vermehrung weiter unterstützt.

Wüsten sind trockene Gebiete, die für lange Zeit ausgetrocknet bleiben. Ohne Anpassungen würden Pflanzen verdorren und sterben. Die Temperaturen steigen und fallen ins Extreme, und in einigen Regionen fallen nur 10 Zoll Jahresniederschlag. Samen können sein ruhend Jahre lang, bevor genügend Feuchtigkeit zum Keimen vorhanden ist.

Wüstenpflanzen unterscheiden sich stark von Pflanzen, die in anderen Biomen vorkommen, aufgrund der Methoden, die sie angepasst haben, um Wasser zu gewinnen, Wasser zu speichern und Wasserverlust zu verhindern. Solche spezifischen Anpassungsstrategien haben sich entwickelt, um Wüstenpflanzen zu helfen, mit Bedingungen fertig zu werden, die für die meisten lebenden Organismen unwirtlich sind.

Beispiele für Anlagenanpassungen:

Nachtkerze hat eine lange, dicke Pfahlwurzel, die dieser Pflanze hilft, Wasser und Nährstoffe zu erreichen und zu speichern. Wie einige Kakteen wird die Primelpflanze nachts aktiv und Blumen blühen, wenn die Temperaturen kühler sind.

Pinyon-Kiefern haben vertikale und horizontale Wurzelsysteme, die 40 Fuß in beide Richtungen reichen, um Wasser zu liefern. Umfangreiche Wurzelsysteme helfen dem Baum zu wachsen und essbare Pinienkerne in harzbeschichteten Zapfen zu produzieren, die Wasserverlust verhindern.

Wacholder sind Gymnospermen mit scharfen, spitzen Nadeln oder wachsartigen Schuppen, die für weniger Wasserverlust geeignet sind. Lange Pfahlwurzeln helfen diesen Bäumen und Sträuchern, tief in das Grundgestein zu gelangen, um Wasser zu finden. Eine langsame Wachstumsrate verbraucht weniger Energie und hilft, Wasser zu sparen. Wacholder können sich sogar selbst beschneiden, indem sie in Dürrezeiten Wasser an einem Ast abschneiden, um den Baum selbst vor dem Absterben zu bewahren.

Yucca haben eine lange Pfahlwurzel für den Zugang zu Wasserquellen, die konkurrierende Arten nicht erreichen können. Yucca haben auch einen adaptiven Fortpflanzungsprozess mit der Yucca-Motte, der sich gegenseitig für den Lebenszyklus beider Arten nutzt. Yucca bietet Nahrung für Raupen, die zu Motten schlüpfen. Die Falter flitzen zwischen Yucca-Blüten umher und legen Eier in die Eierstöcke der Yucca-Pflanze, während sie die Wirtspflanze bestäuben.

Kakteen sind Sukkulenten mit einer wachsartigen Beschichtung, die der Pflanze hilft, Wasser zu speichern. Kakteen öffnen nachts ihre Spaltöffnungen, um den Wasserverlust durch Transpiration zu reduzieren. Flache Wurzeln können sich bei Feuchtigkeit schnell vermehren. Kakteen haben stachelige Stacheln anstelle von Blättern, um Tiere davon abzuhalten, die Pflanze zu fressen, um das Wasser zu gewinnen, das in Teilen des Kaktus gespeichert ist.

Beifuß haben „behaarte“ Blätter, die vor extremen Temperaturen und Wüstenwinden isolieren. Die Blätter bleiben das ganze Jahr über erhalten, wodurch die Pflanze auch bei stark sinkenden Temperaturen Photosynthese betreiben kann.

Tropische Regenwälder sind das ganze Jahr über warm und feucht. Tropische Regenwälder erhalten 80 bis 400 Zoll Regen pro Jahr, was zu Bakterien- und Pilzwachstum, Bodenerosion, Nährstoffauswaschung und schlechter Bodenqualität führen kann.

Große Baldachinpflanzen können Sonnenlicht auf den Waldboden blockieren, während diese Baldachinpflanzen in den Tropen fast konstantes tägliches Sonnenlicht aushalten müssen. Einheimische Pflanzen in tropischen Regenwäldern haben spezifische Anpassungen, die auf ihr einzigartiges Ökosystem zugeschnitten sind.

Tropische Regenwälder bieten Lebensraum für mehr als zwei Drittel aller Pflanzenarten der Erde. Der Regenwald ist auch ein wichtiger Sauerstoffproduzent und eine Senke für Kohlendioxid-Schadstoffe.

Pflanzen bieten auch Nahrung und Lebensraum für einzigartige Vögel, Affen und Dschungelraubtiere. Bäume im Regenwald brauchen keine isolierende dicke Rinde wie Laubbäume, um warm zu bleiben und Wasser zu halten.

*Beispiele für Pflanzenanpassungen*:

FleischfresserPflanzen wie die Venusfliegenfalle haben sich die Fähigkeit angepasst, Insekten zu fangen und zu verdauen, die von ihren bunten, duftenden Blüten angezogen werden. Die viel größere Kannenpflanze kann sogar kleine Nagetiere oder Schlangen fressen, die ihnen zu nahe kommen. Diese Pflanzen produzieren auch Nahrung durch Photosynthese, sind aber nicht auf den Boden für Nährstoffe angewiesen, sondern auf konsumierte tierische Proteine.

Strebepfeilerwurzeln sind riesige Waldkämme an der Basis großer Bäume, die dazu beitragen, diese Bäume aufrecht zu halten. Lange Stütz- oder Stelzenwurzeln auf Bäumen wie Mangroven oder tropischen Palmen bieten zusätzlichen Halt, wenn der Boden nass ist. Die flache Wurzelbildung hilft auch bei der Aufnahme von Nährstoffen.

Epiphytische Orchideen andere Pflanzen und Bäume als Wachstumsfläche verwenden, ohne Schaden anzurichten. Sie sind daran angepasst, auf andere Pflanzen zu klettern, um Sonnenlicht in den Baumkronen des Regenwaldes zu erreichen.

Viele Bäume im Regenwald haben Blätter, Rinde und Blüten, die mit Wachs beschichtet sind, als Anpassung an übermäßigen Regen, der das Wachstum von schädlichen Bakterien und Pilzen begünstigen kann. Die Blattstruktur hat ein spitzes Ende namens a Abtropfspitze das beschleunigt den Abfluss, wenn die Pflanze zu viel Wasser bekommt.

Amazonas-Seerosen sind riesige Wasserpflanzen, die in Südamerika beheimatet sind. Zu den Anpassungen gehören zarte frei schwebende Blätter mit scharfen Stacheln an der Unterseite zum Schutz. Die Blüten der Seerosenblüten öffnen sich nachts und halten nur ein paar Tage.

Luftpflanzen in der Bromelienfamilie leisten hervorragende Arbeit beim Entfernen von atmosphärischem Kohlendioxid. Luftpflanzen beziehen Feuchtigkeit und Nährstoffe aus der Luft mithilfe eines angepassten Wurzelsystems, das als Luftwurzeln bezeichnet wird. Solche Anpassungen sind nur in warm-feuchtem Klima möglich.

Arktis und Alpen Tundra-Biome sind die kältesten Orte der Erde. Die arktische Tundra erstreckt sich über Kanada, Sibirien und Nordalaska. Alpine Tundras findet man in Höhen von 11.000 bis 11.500 Fuß an Orten wie den Rocky Mountains. Lebende Organismen sind im extremen Klima der Antarktis selten.

Die meisten Monate in der Tundra sind extrem kalt und windig. Der Winter ist trocken und die Vegetationszeit der kühlen Sommermonate ist kurz. Tundra-Biome erhalten jährlich nur 4-10 Zoll Regen.

Quellen für Bodennährstoffe sind hauptsächlich Stickstoff aus zersetzenden Stoffen sowie Phosphor aus Niederschlägen. Ein nährstoffarmer Boden schränkt die Art der Pflanzen, die sich dort unter solchen trockenen, windigen Bedingungen etablieren können, weiter ein.

Beispiele für Anlagenanpassungen:

Arktische Blumen und Zwergsträucher haben ein flaches Wurzelsystem, um Nährstoffe oberhalb der Permafrostlinie aufzunehmen. Viele Arten wachsen aus Wärmegründen eng zusammen. Ihre Blätter können bei niedrigen Temperaturen Photosynthese betreiben. Beispiele für arktische Vegetation sind Weiden, Mohn und Purpursteinbrech. Außer Moos und Flechten wächst in der kalten, eisigen Antarktis nicht viel.

Kissen Pflanzen ähneln Moosklumpen, die am Boden haften. Ihre langen Pfahlwurzeln dringen in felsigen Boden ein und bieten bei heftigen Winden einen Anker.

Karibu-Moose wachsen tief am Boden, um den kühlen Winden zu vermeiden. Sie sind gut an nährstoffarme Substrate angepasst.

Gräser und Seggen wachsen an Orten, an denen der Boden der Tundra gut durchlässig ist und ausreichend Nährstoffe enthält.

Das Alter Mann des Berges ist eine leuchtend gelbe Wildblume, die ihren Namen von ihrem sehr behaarten Aussehen hat. Wollige Blätter und Stängel isolieren und puffern den Wind.

Alpensonnenblumen sind leuchtend gelb wie die echten Sonnenblumen der Helianthus-Familie. Alpenblumenköpfe sind den ganzen Tag nach Osten ausgerichtet, anstatt wie Helianthus der Sonne zu folgen, als Anpassung an starke Gewitter am Nachmittag, die aus dem Westen kommen.

Das Taiga-Biom hat welche Ähnlichkeiten mit das Tundra-Biom. Die Taiga, auch genannt borealer Wald, ist ein einst vergletschertes Gebiet in Eurasien und Nordamerika, das noch Flecken von Dauerfrost. Wie die arktische Tundra haben sich Pflanzen im Taiga-Biom an schwierige Winter und wenige Tage angepasst, ohne den Frost abzutöten.

Nadelähnliche Blätter und wachsartige Mäntel reduzieren den Wasserverlust durch Transpiration. Dunkel gefärbtes Laub ist eine Anpassung, die bei der Wärmeaufnahme und Photosynthese hilft. Lärchenwälder überleben an Stellen, die für Nadelbäume zu kalt und karg sind.

Beispiele für Anlagenanpassungen:

Fichte, Kiefer, Tamarack und Tanne gedeihen bei kühlen Temperaturen und halten Wasser zurück.

Arktisches Wollgras wächst auf Matten aus aquatischem Torfmoos.