Hoe planten leerden om te overwinteren

De voorouder van bloeiende planten was tropisch, bleef groen en had een stam met wijde vaten

Planten ontwikkelden hun bescherming tegen vrieskou al toen ze nog groeiden in warme streken, waar het nooit vroor. Dat concluderen botanici die wilden weten hoe bloeiende planten zich aan koele klimaten hebben aangepast (Nature, 22 december). Vorstbestendige bomen hebben bijvoorbeeld nauwe vaten voor vochttransport en verliezen ’s winters hun bladeren.

Bij gebrek aan zon en vloeibaar water, staan de meeste planten ’s winters in de pauzestand. Loofbomen zoals eiken en berken verliezen hun bladeren om te voorkomen dat ze uitdrogen. Kleinere planten overwinteren vooral ondergronds: stengels en bladeren sterven af of sluimeren, de wortels blijven in leven. Zonder deze aanpassingen zouden planten en bomen de vrieskou niet overleven.

Op basis van DNA-volgorden maakten de onderzoekers een stamboom van meer dan dertigduizend bloem- en vruchtdragende bomen en planten, ongeveer tien procent van alle bekende planten. Van al deze planten – allemaal angiospermen, of bedektzadigen – wisten de onderzoekers of ze groeien in gebieden waar het wel eens vriest en welke vorstbestendige eigenschappen ze bezitten: of ze ’s winters groen blijven of hun blad verliezen, of hun stengels en stammen van hout zijn en of ze wijde of nauwe vaten hebben. De voorouder van alle bloeiende planten was waarschijnlijk een groenblijvende plant met een houten stam en wijde vaten.

Wijde vaten kunnen in principe meer water en voedingsstoffen van wortels naar blad transporteren, maar bij bevriezing is de kans op schade groter. Zodra boomsap bevriest, ontstaan er luchtbelletjes in de vaten. In wijde vaten zijn dat grotere bellen dan in fijne vaten. Als het dooit lost de lucht weer op in het sap. Grote bellen doen dat slechter en die kunnen uiteindelijk een vat blokkeren. Zo’n ‘bellenembolie’ legt het saptransport van wortel naar blad stil, waardoor delen van de boom afsterven.

Uit rekenmodellen met de opgestelde DNA-stamboom bleek dat de meeste planten nauwe vaten evolueerden in warme streken, nog vóórdat ze een koude streek koloniseerden. Hetzelfde patroon zagen de onderzoekers bij planten zonder houten stam of stengel. Zulke ‘kruidachtige’ planten ontstonden uit houten voorouders, die het vermogen om hout aan te leggen verloren. Kruidachtige planten zijn beter bestand tegen de kou dan bomen omdat ze geen bevriezing van hun sap hoeven te voorkomen: de meeste van hun bladeren en stengels ’s winters sterven af. Ook hier zagen onderzoekers dat de meeste kruidachtige planten eerst hun hout verloren, voordat ze koude streken veroverden.

Waarom kruidachtige planten hun hout verloren en bomen fijnere vaten kregen, weten de onderzoekers nog niet. Ze vermoeden dat deze eigenschappen evolueerden in reactie op andere schommelingen in klimaat, zoals droogte. In droge regio’s lopen bomen bijvoorbeeld ook een hoog risico op ‘bellenembolie’.