Diverse

De ce frunzele copacilor au forme atât de diferite?

---

Palmate, ovale, rotunde sau zimțate… Frunzele copacilor au forme incredibil de diverse. De ce natura a produs frunze de forme și dimensiuni atât de variate?

Diversitatea este o regulă de aur în lumea plantelor. Mii de specii de plante și copaci populează planeta, fiecare având propriul său set de caracteristici unice. Una dintre cele mai vizibile este forma pe care o pot lua frunzele lor.

Diversitatea formelor frunzelor din regnul vegetal rezultă din procese evolutive complexe, adaptări la mediu și factori genetici. Unul dintre principalele motive pentru care frunzele plantelor adoptă forme diferite este adaptarea la mediul lor specific. Fiecare formă de frunze a evoluat pentru a satisface nevoile specifice ale plantei în habitatul său. Varietatea formelor de frunze este o dovadă a creativității și a capacității naturii de a se adapta la provocările în schimbare ale mediului.

Urmând teoria evoluției, s-ar putea imagina că există o formă și o dimensiune a frunzelor care sunt optimizate pentru a promova fotosinteza și creșterea copacilor. Dar, când observăm natura, nu este așa, există o mare varietate a acestora. Stejarul are frunze lobate, castanul are frunze alungite, iar salcâmul are frunze decupate în foliole. De unde vine această complexitate incredibilă?

Cum influențează clima forma frunzelor?

Frunzele sunt esențiale pentru fotosinteză, procesul prin care plantele transformă lumina soarelui în energie. Acum, forma unei frunze poate influența cât de multă lumină poate capta și modul în care o transformă în energie. În climatul cald și uscat, de exemplu, multe plante au frunze înguste, liniare, deoarece această formă reduce suprafața expusă la căldură și la evaporarea apei. Frunzele prea mari ar putea expune planta la deshidratare. În schimb, în ​​mediile umbrite, plantele pot dezvolta frunze mai mari pentru a capta mai multă lumină. Forma frunzei trebuie, de asemenea, să permită plantei să absoarbă un maxim de CO₂ prin porii săi. Prin urmare, frunzele care primesc multă lumină au adesea mai mulți lobi și contururi pentru a disipa căldura.

Cum ajută frunzele plantele să se apere împotriva prădătorilor?

De-a lungul evoluției, diferite specii de plante au dezvoltat adaptări unice pentru a lupta împotriva prădătorilor și paraziților. Diversitatea formei frunzelor este rezultatul a milioane de ani de procese de adaptare și selecție naturală. De exemplu, frunzele cactușilor din deșert au evoluat în țepi pentru a minimiza pierderile de apă prin transpirație, dar și pentru a se proteja de ierbivore. Alte plante, cum ar fi urzica, au dezvoltat fire înțepătoare. În cele din urmă, unele plante, cum ar fi trifoiul, au frunze care seamănă cu amprenta urmelor animalelor pentru a descuraja ierbivorele. Această diversificare a formelor frunzelor permite plantelor să supraviețuiască mai bine în diferite medii și să reziste mai bine presiunilor selective.

Schema unei frunze 

Care sunt diferitele forme de frunze?

În regnul vegetal, se observă o mare diversitate de forme de frunze. Printre cele mai comune sunt frunzele simple și frunzele compuse. O frunză simplă are un singur limb (partea lată și verde a frunzei, legată de codiță), în timp ce o frunză compusă are un limb împărțit în mai multe părți numite foliole ( fiecare dintre frunzulițele care intră în alcătuirea unei frunze compuse). Acestea pot lua diferite forme:

Palmate: ca la castan, unde foliolele sunt dispuse în evantai.

Penate: unde foliolele sunt dispuse pe ambele părți ale axei centrale, ca franjurile unei pene.

Frunzele pot fi caracterizate și prin forma lor liniară, lanceolată, ovală sau rotundă care depinde de lățimea relativă a bazei și a vârfului frunzei.

În cele din urmă, frunzele au aranjamente diferite pe tulpină:

Frunze alterne: frunze așezate izolat (singure), de o parte și de alta a tulpinii sau a ramurilor, la niveluri diferite.

Frunze opuse: se află câte două, față în față, la același nod, adică  sunt dispuse în perechi pe același plan.

Aceste forme și aranjamente diferite sunt toate adaptări care permit plantelor să își maximizeze capacitatea de a capta lumina și de a rezista constrângerilor de mediu.

Cum se numește o frunză care nu are pețiol?

În limbajul botanic, o frunză care nu are pețiol (codiță) este denumită sesilă. În absența unui pețiol, limbul frunzei, partea în general plată și largă, este atașat direct de tulpina sau ramura plantei. Această configurație este uneori numită și „frunză așezată”. De asemenea, este interesant de observat că unele plante pot avea atât frunze pețiolate, cât și sesile. Acest lucru poate depinde de locul în care se află frunzele pe plantă – de exemplu, unele frunze pot fi pețiolate pe tulpină și sesile la bază. În unele cazuri, o frunză poate avea un pețiol foarte scurt, caz în care se numește subsesilă.

Frunze alterne sau opuse?

Frunzele unei plante pot fi dispuse alternativ sau opus pe tulpină. Acest aranjament, numit filotaxie (modul în care sunt așezate frunzele pe tulpină și pe ramuri), este un factor cheie în adaptarea plantei la mediul său.

Într-un aranjament altern, fiecare nod al tulpinii poartă o singură frunză. Frunzele sunt astfel dispuse alternativ pe ambele părți ale tulpinii, la diferite niveluri. Acest aranjament permite fiecărei frunze să primească lumină maximă fără a fi umbrită de celelalte. Acesta este cazul majorității plantelor, cum ar fi rozaceele (trandafirul, mărul, cireșul etc., precum și păducelul, măceșul, scorușul etc.)

Într-un aranjament opus, două frunze sunt prezente la fiecare nod, una opusă celeilalte. Acest aranjament se găsește la anumiți copaci precum arțar sau frasin. De remarcat faptul că termenii „altern” și „opus” se referă doar la dispunerea frunzelor pe tulpină și nu la forma sau dimensiunea acestora.

Care este definiția unei frunze: compusă, dințată, palmată, penată, lobată și simplă

O frunză este definită de structura și forma sa. O frunză simplă are un singur limb, în timp ce o frunză compusă are mai multe limburi numite foliole. În ceea ce privește forma lor, o frunză poate fi:

Dințată: marginea limbului are dinți ascuțiți sau rotunjiți.

Palmată: nervurile încep din același punct de la baza limbului, ca degetele unei mâini deschise.

Penată: nervurile secundare se extind din nervura principală ca franjurile unei pene.

Lobată: limbul are diviziuni rotunjite sau ascuțite, fără a ajunge la nervura principală.

Aceste forme și structuri diferite influențează modul în care frunza absoarbe lumina și interacționează cu mediul său, contribuind la adaptarea plantei la mediul său.

Dimensiunea frunzelor copacului: o consecință a climei

Forma frunzelor rezultă din adaptarea fiecărei specii la mediul său. Într-un climat uscat, frunza nu trebuie să fie prea mare, deoarece aceasta o expune la deshidratare. În schimb, ploile abundente vor crește dimensiunea frunzelor. Frunzele bananierului au putut crește la o dimensiune atât de mare, deoarece acești copaci cresc în climat cald și umed. În principiu, nu există o limită pentru dimensiunea frunzelor. Atâta timp cât există apă în sol, ele continuă să crească. Palmierul de Madagascar, sau palmierul rafie (Raphia regalis), are frunze gigantice care pot ajunge la 25 m lungime și 3 m lățime, ceea ce îl face posesorul celor mai mari frunze din lume.

Palmierul rafie sau rafia, din frunzele căruia se scot fibrele de rafie naturală. Fibra de rafie este produsă de membrana epidermică de pe partea inferioară a frunzelor. Membrana este scoasă pentru a crea o fibră lungă și subțire, care se rulează și se usucă. Fibrele pot fi transformate în sfoară, frânghie, legături de grădină și folosite la altoirea copacilor. Fibrele sunt importante în domeniul textilelor, deoarece pot fi vopsite și țesute în covorașe decorative, coșuri, pălării, pantofi etc.

Frunzele de palmier pot ajunge la dimensiuni gigantice.

Dar atunci de ce frunzele copacilor din zonele temperate, care sunt în principiu mai puțin „arse” de soare decât în ​​zonele tropicale, rămân de dimensiuni moderate? Potrivit cercetătorilor, acest lucru se datorează frigului. Frunzele mari au straturi mai groase și mai izolante de aer imobil, care le încetinesc capacitatea de a atrage căldura din mediul lor, căldură necesară pentru a compensa energia pierdută pe timp de noapte. Frunzele mai mici au, de asemenea, un cost metabolic mai mic.

Frunze crestate pentru a crea mai puțină umbră

Diversitatea formelor rămâne de explicat. Și aici, fiecare copac se adaptează cât mai bine la condițiile în care trăiește. Forma unei frunze este așadar rezultatul complex al unui compromis între captarea unui maxim de lumină pentru fotosinteză și absorbția unui maxim de CO₂ prin porii frunzei, ambele procese ducând la evaporarea apei. Frunzele care primesc multă lumină tind să aibă mai mulți lobi și contururi pentru a evacua căldura.

Unele frunze ascuțite permit captarea maximă a luminii dimineața, când soarele este scăzut, reducând în același timp incidența căldurii atunci când soarele este la apogeu în timpul zilei. Unele frunze curbate sunt capabile chiar să-și facă singure umbră asupra lor!

În schimb, copacii care cresc în zone umbrite tind să aibă frunze mai largi, mai puțin zimțate, pentru a capta la maximum lumina soarelui.

Un singur copac poate avea și frunze de dimensiuni și forme diferite: frunzele superioare, care captează multă lumină, tind să fie mai mici și mai lobate pentru a face mai puțină umbră pe frunzele de dedesubt. Așezați în medii diferite, doi copaci din aceeași specie vor dezvolta și forme diferite de frunze.

Diferite forme de frunze

În sfârșit, forma frunzelor este influențată și de speciile de insecte și microorganisme pe care le adăpostește, dintre care unele sunt benefice pentru creșterea copacului. Filosfera desemnează astfel suprafața pe care planta o oferă ca habitat pentru microorganisme.

Forma frunzelor: cazul acelor, frunze aciculare

La conifere, acele au o suprafață foarte mică de absorbție a luminii. În schimb, acele au o cuticulă groasă, tare, lăcuită, cu stomatele (porii) înfundate sub suprafață, ceea ce împiedică pierderea apei prin evaporare. Ele sunt astfel capabile să reziste la temperaturi foarte scăzute și la un climat uscat. Deoarece nu își pierde frunzele precum copacii de foioase, pot, de asemenea, să facă fotosinteza pe tot parcursul anului. Un studiu german a arătat că fagii, cu frunze largi, ovale, generează fotosinteză 176 de zile pe an, față de 260 de zile pentru molizi.

De ce frunzele copacilor au forme și dimensiuni atât de diferite?

Forma frunzelor variază enorm între speciile de plante, de la micuța Cassiope tetragona, care crește în tundra arctică, cu frunze mai mici de un centimetru pătrat, până la bananierul gigantic, ale cărui frunze depășesc un metru pătrat. Cum se pot explica diferențe atât de mari?

Toate formele de frunze există

Modesta Cassiope tetragona care acoperă pământul tundrei arctice are frunze de mai puțin de un centimetru pătrat. La celălalt capăt al spectrului, bananierul are frunze de peste un metru pătrat! Între acestea există toate dimensiunile. Dar care sunt mecanismele care condiționează suprafața frunzei? A priori, răspunsul este evident.

Cassiope tetragona înflorește primăvara și are frunze de cca. 0,4 cm lungime, iar tufa are o înălțime de cca. 30 cm

Bananier gigantic

În prezența căldurii și a apei din abundență, plantele sunt mai luxuriante. O echipă internațională condusă de Ian Wright de la Universitatea Macquarie din Australia a verificat această afirmație. Rezultatele sale, publicate în revista Science în 2017, dezvăluie o realitate mult mai complexă.

„Peste tot, totul se reduce la o chestiune de buget energetic zilnic”

Studiul se referă la dimensiunea frunzelor a 7.600 de specii situate în 700 de zone climatice diferite. „Peste tot, totul se rezumă la o chestiune de buget energetic zilnic. Realizând bilanțul câștigurilor și pierderilor de energie atât în ​​timpul zilei, cât și pe timp de noapte, este posibil să se stabilească dacă temperatura frunzelor va depăși pragurile letale situate între -5°C și +50°C”, a explicat în 2017 Vincent Maire, cercetător la Universitatea Quebec din Trois Rivières (Canada) și coautor al studiului.

Există multe zone geografice în care căldura și abundența apei înseamnă că nu există o limită teoretică a dimensiunii frunzelor. Acestea sunt în principal bazinul Amazonului și pădurea ecuatorială africană. Acolo, plantele au suficientă apă pentru a-și răci în mod constant frunzele prin transpirație și a menține o temperatură optimă pentru fotosinteză, departe de temperatura aerului ambiant.

În restul zonei intertropicale, unde apa este mai puțin disponibilă, frunzele sunt mai mici „deoarece riscul de supraîncălzire este prea mare în timpul zilei pentru frunzele mari din cauza incapacității lor de a pierde rapid cantitatea mare de căldură dobândită de la radiația solară”, continuă Vincent Maire.

Frunze mici pentru a evita înghețul noaptea

În schimb, în ​​zonele temperate, la altitudini mari și în zonele arctice, nu riscul de supraîncălzire este factorul limitativ, ci riscul de îngheț noaptea. „Cu un strat izolator mare de aer, frunza mare disipă prea multă energie în lungimile de undă lungi către cer, ceea ce nu poate fi compensat de temperatura aerului ambiant. Acest fenomen poate provoca îngheț chiar și atunci când temperatura aerului ambiant este peste zero”, asigură Vincent Maire.

Rezultat: pe 51% din suprafața planetei, riscul de daune din cauza înghețului în timpul nopții este factorul limitator în dimensiunea frunzelor, nu căldura zilei.

„Aceasta este o idee nouă care contestă ideea că doar căldura și apa explică dimensiunea frunzelor”, spune Patrick Laufs, cercetător la Institutul Jean-Pierre Bourgin (Inra-AgroParisTech), care nu a participat la studiu.

Această regulă energetică prevalează pentru a explica diferențele de mărime în cadrul aceleiași specii în funcție de locația lor la sud sau la nord de aria sa de răspândire. În mod similar, un singur copac poate produce frunze de dimensiuni diferite, cele ale frunzișului în contact cu lumina soarelui fiind mai mici decât cele care cresc la umbra frunzișului.

Aceste rezultate sunt rezultatul unei duble abordări: empirică și teoretică. Ținând cont de radiația solară, precipitații și temperatură, modelul teoretic reconstituie bilanțul energetic al unei frunze și calculează dimensiunea maximă a acesteia. Deoarece valorile observate nu depășesc această dimensiune maximă, acest model la scara frunzei este în general validat.

Acest model poate avea mai multe aplicații. „De ce nu ar putea fi folosit  pentru a optimiza dimensiunea frunzelor plantelor cultivate și, astfel, să se îmbunătățească recoltele agricole?” sugerează cercetătorul Patrick Laufs. „Această muncă predictivă va face posibilă, de asemenea, să se evalueze mai bine rolul de stocare a carbonului de către plante, ca parte a evaluării rolului plantelor de chiuvete ale gazelor cu efect de seră”, asigură Vincent Maire. Chiar și paleontologii vor găsi ceva pe placul lor, deducând din dimensiunea frunzelor fosilizate condițiile climatice din trecutul Pământului.

De ce copacii au această formă?

Copacii sunt modele de adaptare la mediul lor. Forma copacilor, inclusiv înălțimea, lățimea și aranjamentul ramurilor, este în mare măsură determinată de condițiile de mediu, inclusiv lumina, vântul, temperatura, apa și calitatea solului. O caracteristică notabilă este trunchiul lor, care, spre deosebire de palmieri și bambus, permite copacilor să-și aranjeze frunzele pe mai multe niveluri. Acest lucru mărește suprafața pentru fotosinteză, procesul prin care copacii transformă lumina soarelui în energie.

Forma generală a copacului poate fi influențată și de alți factori, cum ar fi distanța dintre copaci, boli și dăunători, pășunatul animalelor și chiar istoria evolutivă a speciei. Mai precis, forma frunzei este un indicator cheie al adaptării copacului la mediul său. De exemplu, în climatele uscate, frunzele pot fi mai mici pentru a minimiza pierderea de apă. În schimb, în ​​regiunile cu precipitații mari, frunzele pot fi mai mari pentru a maximiza fotosinteza. Diversitatea formelor copacilor este, prin urmare, o reflectare a diversității mediilor de pe planeta noastră.

© CCC