Wie Pflanzen den Wandel vom Winter zum Frühling bewältigen
Für holzige Pflanzen wie diesen Rhododendron ist der Zeitpunkt des Ausblätterns des Frühlings ein Gleichgewicht zwischen der Maximierung ihrer Vegetationsperioden und der Vermeidung von Spätfrösten. Richard Primack, CC BY-ND

Die Wetterbedingungen in den USA haben sich in den letzten Monaten wie eine Achterbahnfahrt angefühlt. Dezember und Januar waren deutlich wärmer als der Durchschnitt an vielen Orten, gefolgt von Februar intensive Kältewelle und einem dramatisches Aufwärmen.

Wenn Sie jemals Fliederbüsche gesehen haben, die von Schneeverwehungen zerquetscht wurden und nur wenige Wochen später an einem warmen Tag knospen, fragen Sie sich vielleicht, wie Pflanzen solche Extreme tolerieren. Ich studiere Wie sich der Klimawandel auf den Zeitpunkt saisonaler Ereignisse auswirkt Ich weiß, dass sich in den Lebenszyklen von Pflanzen, Vögeln und Insekten in Massachusetts Arten entwickelt haben, um mit dem bekanntermaßen wechselhaften Wetter in Neuengland fertig zu werden. Aber ein sich erwärmendes Klima stört das Wetter und testet die Anpassungsfähigkeit vieler Arten.

Kälte tolerieren

An brutalen Wintertagen, an denen die Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt liegen, Tiere überwintern unter der Erde oder drängen sich an geschützten Stellen. Aber Bäume und Sträucher müssen dort sitzen und es nehmen. Das Gewebe in ihren Stämmen, Zweigen und Wurzeln lebt. Wie überleben sie die eiskalte Kälte?

Im Herbst beginnen in vielen Teilen Nordamerikas Holzpflanzen Vorbereitung auf den Winter. Wenn ihre Blätter ihre Farbe ändern und fallen, verlieren ihre Zweige, Zweige und Stämme Wasser. Infolgedessen enthalten ihre Zellen höhere Konzentrationen an Zucker, Salzen und organischen Verbindungen.


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Dies senkt den Gefrierpunkt der Zellen und Gewebe und ermöglicht es ihnen, Temperaturen weit unter dem normalen Gefrierpunkt von Wasser zu überleben. Der Trick hat jedoch seine Grenzen, sodass extreme Kälteereignisse immer noch bestimmte Pflanzen töten können.

Baum- und Strauchwurzeln bleiben im Winter weitgehend unverändert und inaktiv und sind zum Schutz auf die Isolierung von Schnee und Boden angewiesen. Zum größten Teil bleibt die Temperatur des Bodens um die Wurzeln bei oder über dem Gefrierpunkt. Boden, abgefallene Blätter und hartnäckige Schneeschichten isolieren den Boden über den Wurzeln und verhindern, dass er Wärme verliert.

Die überraschende Gefahr von Frühlingsfrösten

Nachdem Pflanzen kalten Wintern stoisch standhalten, bringt der frühe Frühling neue Gefahren mit sich. Pflanzen müssen so früh wie möglich im Frühjahr blättern, um die Vegetationsperiode voll ausnutzen zu können. Dazu muss jedoch Wasser in die sich entwickelnden Blätter gepumpt werden, wodurch die Konzentration von Zucker, Salzen und organischen Verbindungen in den Geweben verringert und der Winterschutz vor Kälte aufgehoben wird.

Jede Art hat eine charakteristische Ausblendzeit. Frühblättrige Arten wie Blaubeeren und Weiden sind die Spieler des Pflanzenreichs. Spätere Arten wie Eiche und Kiefer sind die vorsichtigen und konservativen Arten. Zu frühes Ausblättern ist für jede Art ein Risiko, da späte Fröste junge Blätter beschädigen oder töten können.

Blumen sind auch anfällig für unvorhersehbare Frühlingsfröste, da sie viel Wasser enthalten. Wenn die Blüten von Obstbäumen wie Äpfeln durch Frost abgetötet werden, werden die Bäume später im Sommer keine Früchte mehr produzieren. Späte Fröste können auch bei früh blühenden Zierpflanzen wie Forsythien und Magnolien zu enttäuschend kurzen Blütezeiten führen.

Weckrufe pflanzen

Um sich vor Frost zu schützen und dennoch die volle Vegetationsperiode zu nutzen, haben Bäume und Sträucher drei Möglichkeiten entwickelt, um zu wissen, wann es Zeit ist, im Frühjahr mit dem Wachstum zu beginnen.

Erstens müssen Pflanzen im Winter gekühlt werden: Sie halten die Winterruhe so lange aufrecht, bis sie einer bestimmten Anzahl kalter Wintertage ausgesetzt waren. Dieses Merkmal hilft ihnen, Blätter oder Blüte während ungewöhnlich warmer Perioden im Winter zu vermeiden.

Zweitens haben Pflanzen auch Anforderungen an die Frühlingserwärmung, die das Wachstum fördern, nachdem sie eine bestimmte Anzahl von warmen Tagen pro Frühling erlebt haben. Diese Funktion hilft ihnen zu wachsen, sobald es warm genug ist.

Drittens haben einige Pflanzen auch eine Photoperiode Reaktion, dh sie reagieren auf die Zeitspanne, in der sie innerhalb von 24 Stunden Licht ausgesetzt sind. Dies bereitet sie darauf vor, auszublättern, wenn die Tage im Frühjahr länger und wärmer werden. Buchen haben sowohl eine Erwärmungsanforderung als auch eine Photoperiodenreaktion, aber die Temperaturanforderung ist viel höher, so dass sie bereits nach wenigen warmen Tagen im späten Frühling in Fahrt kommen.

Interessanterweise sind nordamerikanische Bäume wie roter Ahorn und schwarze Birke vorsichtiger und konservativer als europäische und ostasiatische Bäume. Das Wetter im Osten Nordamerikas ist variabler und die Gefahr von Frühlingsfrösten ist hier höher als in diesen Regionen. Infolgedessen haben sich nordamerikanische Bäume einige Wochen später als vergleichbare Bäume aus Europa und Ostasien entwickelt.

Der Klimawandel verschlüsselt die Signale

Pflanzen sind stark auf Temperatursignale eingestellt, so dass die Erwärmung durch den Klimawandel es vielen Arten erschwert, Winterkälte und Frühlingsfrösten zu widerstehen. Wenn die Frühlingstemperaturen wärmer werden als in der Vergangenheit, können Bäume wie Äpfel und Birnen darauf reagieren, indem sie blättern und blühen einige Wochen früher als normal. Dies kann ihre Anfälligkeit für Spätfröste erhöhen.

Wie Pflanzen den Wandel vom Winter zum Frühling bewältigenDie Blätter dieses Kirschbaums wurden durch einen späten Frost beschädigt. Richard Primack, CC BY-ND

Solche späten Fröste sind häufiger werden weil Der Klimawandel destabilisiert den JetstreamDies führte dazu, dass es viel weiter nach Süden abfiel und ungewöhnlich kaltes Wetter verursachte.

2007 eine außergewöhnlich warme Zeit im März Bäume zum Ausblättern ausgelöst in den östlichen und zentralen Vereinigten Staaten. Ein harter Frost im April tötete dann die jungen Blätter und Blüten von Eichen, Hickories und anderen Baumarten. Die Bäume waren in der Lage, eine zweite Ernte von Blättern zu produzieren, konnten jedoch die verlorenen Blätter nicht vollständig ersetzen, was ihr Wachstum für dieses Jahr sehr wahrscheinlich bremste.

Insektenschädlinge stellen auch eine zunehmende Bedrohung für Pflanzen dar. Das raue Winterwetter hält viele Insekten in Schach, die in nördlichen Klimazonen zu finden sind, wie z Hemlock Woll-Adelgide und smaragdgrüne Aschebohrer. Wenn die Winter milder werden, überleben diese Insekten mit größerer Wahrscheinlichkeit, bewegen sich weiter nach Norden, verursachen größere Ausbrüche und beschädigen Bäume.

In wärmeren Wintern kommt es auch zu mehr Tagen, an denen der Boden leer ist. Kälteeinbrüche, die auftreten, wenn keine isolierende Schneeschicht vorhanden ist den Boden einfrieren und Wurzeln töten. Baum- und Strauchzweige sterben dann ab, weil die beschädigten Wurzeln nicht genug Wasser und Nährstoffe liefern können. In extremen Fällen können die Pflanzen sterben.

Die Karte der Pflanzenhärtezone des US-Landwirtschaftsministeriums zeigt, dass sich diese Zonen - Gebiete, in denen verschiedene Pflanzenarten am wahrscheinlichsten gedeihen - nach Norden verschieben, wenn der Klimawandel die USA erwärmt

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In den kommenden Jahrzehnten werden viele kaltliebende Baumarten wie Fichten und Tannen weniger häufig vorkommen, wenn sie nicht in der Lage sind, damit umzugehen neue Herausforderungen im Zusammenhang mit einem wärmeren Klima. Im Nordosten der USA werden einheimische Arten wie Zuckerahorn und Buche schrittweise durch einheimische Arten aus dem weiteren Süden wie Eichen und Hickories ersetzt. Und nicht heimische Arten wie Norwegen Ahornnutzen diese Störungen, um sich von Straßenrändern und Nachbarschaften in Wälder zu zerstreuen.

Ähnliche Verschiebungen finden an vielen Orten statt, da der Klimawandel die Signale verändert, auf die sich Pflanzen verlassen, um die wechselnden Jahreszeiten zu markieren.

Über den Autor

Richard B. Primack, Professor für Biologie, Boston University

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