Aantrekkelijke bloemen regelen hun eigen warmte

Biologie Met hun vorm en kleur trekken bloemen bijen en andere bestuivers aan. Maar ze gebruiken ook hun warmte. „Een gunstige vorm scheelt een paar graden.”

Het opengaan in sequentie van een krokus.
Het opengaan in sequentie van een krokus. Foto’s M. Kraaij & C.J. van der Kooi, Rijksuiversiteit Leiden

Bloemen verwierven in de loop van de evolutie vaak vorm en kleur waarmee ze, zodra ze zonlicht vangen, hun meeldraden, stamper en vruchtbeginsel lekker warm kunnen houden. Dat is goed voor de vruchtbaarheid van de plant. Het stuifmeel is sneller rijp. De latere zaden van warmere bloemen zijn talrijker en zwaarder. Zulk zaad bevat meer voedingsstoffen voor de jonge plantjes die eruit groeien.

Planten ontwikkelden ook ‘gedrag’ om lekker warm te blijven. Veel planten laten hun bloemen in de loop van de dag met de zon meedraaien. En ze openen hun bloemen als de zon gaat schijnen, maar sluiten ’s nachts, en als het koud wordt.

Een uurtje zon per dag kan al veel verschil maken met concurrenten

„Een gunstige vorm scheelt meestal een paar graden. Eén, twee of drie graden, soms zes, bij beroemde uitzonderingen nog meer”, zegt bioloog Casper van der Kooi op zijn werkkamer in de Linnaeusborg, het biologisch laboratorium van de Universiteit Groningen. „Dat maakt echt uit. Biochemische processen kunnen in snelheid verdubbelen bij een paar graden opwarming. Maar ja, de zon moet schijnen. Als het regent, of als het stormt, of vriest, dan helpt het niet meer. Een uurtje zon per dag kan echter al veel verschil maken met concurrenten.”

Van der Kooi promoveerde in 2015 op de vraag hoe bloemkleuren in de evolutie aantrekkelijk zijn geworden voor bestuivers – bijvoorbeeld door pigmenten en speciale cellaagjes. Zo rolde hij, via een glanslaagje aan de binnenzijde van boterbloemen, de wereld van de warmteregulatie door bloemen binnen. Vorig jaar publiceerde hij, met twee collega’s uit Canada en de VS, een overzichtsartikel over de thermische ecologie van bloemen.

Wie leest over het nut van bloemkleuren en -vormen stuit vooral op de aanlokkelijkheid ervan voor bestuivende insecten. Kleur, vorm, geur, nectarsmaak, alles lijkt optimaal afgesteld op de gewenste bijen, vlinders, vliegen, kevers of vogels. Die bezoekers eten het stuifmeel, drinken de nectar, en verspreiden ook het stuifmeel dat aan ze blijft kleven. Daarmee bevruchten ze andere bloemen als ze daar op landen. Maar er is ook thermoregulatie. Het eerste onderzoek ernaar stamt al uit de jaren vijftig van de vorige eeuw. Er is een gestage stroom. Waarom hebben de Wikipediapagina’s en de biologieleerboekjes dat gemist?

„Om heel eerlijk te zijn”, zegt Casper van der Kooi, „denk ik dat vorm en kleur minder bijdragen aan opwarming dan aan het gezien worden.” Tegelijkertijd is dat grotendeels speculatie, voegt hij toe, want het is aan bloemen nauwelijks te meten of het effect van de temperatuur groter is dan van het gezien worden. In de loop van de evolutie zijn er bloemen ontstaan met een vorm en kleur die aantrekkelijk zijn voor insecten, maar net zo goed voor opwarming van de geslachtsdelen (stuifmeeldraden, helmknoppen, vruchtbeginsel, stamper en stempels) in de bloem zorgen.

Wie leest over het nut van bloemkleuren en -vormen stuit vooral op de aanlokkelijkheid ervan voor bestuivende insecten

Wat voor onderzoek is er gedaan? De extremen zijn de experimenten waarbij onderzoekers kroon- en kelkbladeren van bloemen verwijderden. Alleen de voortplantingsorganen bleven over. Van der Kooi: „Dan worden er geen insecten aangetrokken en is er geen voortplanting. Geur kan er weliswaar nog zijn, maar de bloemen, of wat daarvan over is, worden veel minder bezocht.” Minder extreem is het wegscheren van haartjes op blaadjes van behaarde bloemen, waarbij is aangetoond dat die heel goed warmte kunnen vasthouden. Lichtreflectie binnen bloemen is gemeten en er is bij bijen bestudeerd welke bloemkleuren, -vormen en temperatuur zij aantrekkelijk vinden. Heel veel is gemeten met fijne puntthermometers.

Het is moeilijk te bepalen of aantrekkelijkheid of opwarming belangrijker is, want er is een belangrijke wisselwerking: een warme bloem is ook aantrekkelijk voor bestuivende insecten. Insecten zijn koudbloedig. Ze moeten opwarmen om actief te zijn. Dat kan op een warme steen, maar ook in een bloem die warmer is dan zijn omgeving.

Grote bij vraagt meer nectar

Van der Kooi: „Op bergweiden is dat goed gemeten, bijvoorbeeld met kleine temperatuurmeters die in het lijf van een insect waren gestoken. Insecten die in een bloem kruipen die 3 tot 5 graden warmer is, ondergaan die temperatuurstijging ook. Hoe dat zich verhoudt tot de grootte van het insect en zijn kleur, dat wil ik de komende jaren gaan onderzoeken. Ik ga ook rekening houden met invloed van de wind.”

Bergweiden zijn er niet per se voor nodig. Windtunnelonderzoek wordt het en er komen 3D-geprinte bloemen aan te pas. Van der Kooi: „Het is een ingewikkelde balans. Moet een bloem investeren om grote insecten te ontvangen? Grote bijen vliegen verder dan kleine bijen en het ontvangen van een grote bij is dus goed voor de kruisbestuiving. Maar een grote bij vraagt meer nectar, wat de bloem energie kost. Er is nog iets: nectar van een warmere bloem is minder stroperig. Insecten kunnen dat sneller opnemen. Een bestuiver heeft er belang bij om snel stuifmeel of nectar te kunnen scoren. Hoe korter hij op een bloem zit, hoe kleiner is de kans om zelf te worden opgegeten. Je moet je tijd niet verdoen met moeizaam peuteren.” Hij valt even stil. „Soms denk ik wel eens: we leven in 2021. Wat weten we eigenlijk weinig van die alledaagse intuïtieve processen.”

Zijn onderzoek gaat vooral over de vraag waardoor en waarmee bloemen hun kleuren krijgen. En hoe die kleur is geëvolueerd in relatie tot wat bestuivers zien. „Om dat te ontrafelen, en ook om temperatuureffecten te kunnen meten”, zegt Van der Kooi, „werk ik nu met plantengroepen waarbij binnen die groepen in de loop van de evolutie vaak tussen bestuivers is gewisseld. Bij bijvoorbeeld de salies, tabaksplanten, teunisbloemen of akeleien heb je soorten die door bijen, vogels, vlinders, of nachtvlinders worden bestoven. En verder heb je er ook vaak nog een zelfbestuiver bij. Je verwacht dan dat de bloemkleur en de lichtreflecterende eigenschappen mee zijn geëvolueerd, want verschillende bestuivers zien de wereld anders. Vogels hebben een heel ander beeld dan insecten. Nachtvlinders zien weer heel wat anders dan bijen. Dat komt door de opbouw van hun ogen en door de wisselende gevoeligheid voor golflengten – voor kleuren en ultraviolet. Ook het stuifmeel en het nectar evolueren door zo’n switch naar een andere bestuiver. Door aan al die factoren te meten krijg je een idee wat belangrijke factoren zijn.”

Lees over het ontstaan van bloemen: Het echte raadsel van de bloemetjes en de bijtjes

Casper van der Kooi laat me in de kassen de verschillende soorten teunisbloemen en tabaksplanten zien. We steken over naar het biofysisch laboratorium van zijn collega Doekele Stavenga, waar microscopen en optische meetapparatuur helpen bij het opsporen van pigmenten in cellagen van bloemblaadjes en van speciale reflecterende oppervlakken.

In hun overzichtsartikel beschrijven Van der Kooi en zijn medeauteurs vier verschillende bloemvormen die voor een hogere bloemtemperatuur kunnen zorgen. Maar de thermische ecologie van planten omvat meer dan alleen die bloemvorm: ook kleur kan invloed hebben op de bloemtemperatuur. Naast vorm en kleur is beharing belangrijk. Beharing kan warme lucht vasthouden – ook koude trouwens. En buisvormige bloemen blijven langer als broeikasje functioneren als hun opening deels met haren is afgesloten.

Oriëntatie op het zuiden

Dan is er de oriëntatie ten opzichte van de zon. Sommige planten staan continu op het zuiden georiënteerd. Andere planten draaien met de zon mee. Van der Kooi: „Veel biologen aarzelen om dat ‘gedrag’ te noemen, maar het volgen van de zon, of juist het afwenden van de zon, en het open en dicht gaan bij mooi en slecht weer, kun je wel gedrag noemen.”

Ten slotte – naast vorm, kleur, beharing, zonvolgen en bloemopenen en -sluiten – is er een zesde vorm van thermoregulatie: zelfopwarming. Sommige planten genereren warmte. „Aronskelkachtigen kunnen het”, zegt Van der Kooi. „Sommige gaan zo ver dat ze de sneeuw om zich heen smelten. Die warmte helpt ook de bestuivende vliegen aan te trekken. Als je daar in het voorjaar met een infraroodcamera overheen gaat knallen ze er echt uit.”

De thermische ecologie van bloemen is tot nu toe vooral onderzocht bij planten die groeien op plaatsen waar opwarming waarschijnlijk belangrijk is. Dat zijn planten die hoger in de bergen groeien, in gebieden die dichter bij de polen liggen, of bij planten die in het vroege voorjaar in bloei komen.

Lees over klaprozen: Verstrooid licht in bloemblad versterkt kleur van klaprozen

„Logisch natuurlijk, die onderzoekkeus”, zegt Van der Kooi. „Want op die plaatsen en op die momenten maakt die paar graden verschil meer uit. Als het al 20 graden is voegt het waarschijnlijk niet veel meer toe als de bloem 22 graden wordt. Maar omdat vooral die uitersten zijn onderzocht weten we niet hoe groot de rol is voor alle planten. Er is bias in de wetenschappelijke literatuur.”

Van der Kooi noemt nog een lacune: „Een andere bias is dat al het onderzoek op het noordelijk halfrond is gedaan, op wat hogere breedtegraad. Er zijn hier meer bloemonderzoekers dan in de tropen. In de tropen is vrijwel geen onderzoek gedaan naar thermoregulatie van bloemen. Het ligt toch voor de hand dat bloemen zich ook kunnen beschermen tegen te veel warmte. Ik ken maar één studie. Die is al meer dan 20 jaar oud en gaat over een winde – pispotje heet hij ook. Die bloemen kunnen transpireren. Oververhitting van bloemen is in ons deel van de wereld waarschijnlijk niet heel relevant.”

Speenkruid | Ficaria verna Huds. subsp. verna

Het vroeg in het voorjaar bloeiende speenkruid is een echte zonopwarmer. Al bij een graad of tien en als de zon schijnt zet hij zijn bloem zover open dat die een schaaltje vormt. Zonnestralen worden naar meeldraden en vruchtbeginsel gereflecteerd, zodat het daar iets warmer wordt. Die open bloem verliest die warmte natuurlijk snel. Bij kouder weer sluit de bloem. Bij erg warm weer gaat de bloem verder open.

Boterbloemen doen het later in het jaar net zo. Die hebben aan de binnenzijde een glanslaagje op hun gele kroonbladen. Die reflecteren optimaal bij erg schuin invallend licht. Casper van der Kooi: „Het is het fenomeen dat je in de auto ziet als het wegdek nat is. Daar heb je meer last van bij laagstaande dan bij een hoogstaande zon.” Het idee is dat bij warmer weer, als de bloem verder open staat, die felle reflectie de omgeving wordt ingestuurd. Voorbijvliegende insecten zien het als een lichtflits die hun aandacht trekt.

Schijfbloemen als zonnebloem en madeliefje, zijn vaak zonvolgers. Het zijn platte schijven, maar door reflectie warmen de omringende bloembladen de kern toch op.

Sneeuwklokje | Galanthus nivalis

Het sneeuwklokje met zijn naar beneden hangend belletje vangt warmte op die in de vroege voorjaarszon terugkaatst van de nog kale grond. In gebieden rond de poolstreek, met lage temperatuur en toch al lekkere voorjaarszon, kan zo’n hangende klokjesbloem wel 3 tot 11 graden warmer zijn dan de buitenlucht.

Het verschil kan groot zijn, bij gunstige weersomstandigheden. Van der Kooi: „De bloemen die goed staan hebben vast niet de hele dag dat voordeel. Het is allemaal relatief. Als jij als plant het voordeel een uurtje per dag hebt en je buren hebben het helemaal niet, dan maakt dat echt uit. De hoeveelheid zaadjes is groter en ze zijn zwaarder – er zitten meer voedingsstoffen in.”

„Veel insecten kunnen moeilijk in zo’n naar beneden geknikte bloem landen en naar binnen kruipen. Het beschermt dus tegen diefstal van nectar en stuifmeel door niet-bestuivende insecten. Dat is óók belangrijk. Het wil niet zeggen dat die vormen van hangende klokjes geëvolueerd zijn vanwege de temperatuur. Maar we zien de temperatuureffecten wel in die bloemen. Het zijn allebei voordelen die elkaar niet uitsluiten.”

Krokus | Crocus

Krokussen staan als omgekeerde bellen op hun steeltje. Tulpen ook. Er zijn veel meer van die diepe, enigszins klokvormige bloemen. Vangen die zonnestraling in, of zijn het broeikasjes? „Dat weten we eigenlijk niet”, zegt Casper van der Kooi. „Ze zijn van boven open, dus de warmte kan er makkelijk uit. Misschien is het allebei.” Als de bloemen meer naar de zon zijn gericht worden ze van binnen warmer. Dat staat vast. „Bij de krokus is gemeten dat de donkergekleurde niet per se warmer zijn dan de lichtere”, zegt Van der Kooi. „In andere soorten, zoals de klaproos, is dat wel zo. Waarom het zo is weten we niet.”

Krokussen gaan verder open als de zon erop valt. Tulpen kunnen zelfs dramatisch ver opengaan. Maar waarheen de warmtestraling dan weerkaatst is niet onderzocht. Ook steken in sommige van die omhoogstaande klokjes de stamper en helmknoppen buiten de bloem uit. Bij andere soorten blijven ze binnen het klokje, of groeien ze pas in de loop van de bloei naar buiten. Wat dit betekent voor de thermische ecologie van die organen en voor de vruchtbaarheid is nog onbekend.

Vingerhoedskruid | Digitalis purpurea

Het vingerhoedskruid, is dat een hangend klokje, of een gesloten buis die als broeikasje werkt? „Ja, er zijn altijd tussenvormen”, zegt Casper van der Kooi, „maar een bloem van het vingerhoedskruid die bijna helemaal naar beneden staat, is zeker een permanente broeikas.” Licht en warmte dringen er makkelijk binnen, maar gaan er moeilijk uit.

Een ander broeikasje is de in Nederland ook algemeen voorkomende blaassilene. Die heeft vijf witte kroonblaadjes, waaronder de kelkbladen een flinke bol vormen – lekker warm rond het vruchtbeginsel. Hoog in de bergen groeien veel buisvormige bloemen, vaak met ook nog een harige afsluiting, zodat warme lucht niet makkelijk ontsnapt.

Niet alleen de bloem, ook de stengel kan een broeikas zijn. „Hét voorbeeld van de broeikasplant groeit op de hellingen van de Himalaya”, zegt Van der Kooi. Rheum nobile en Rheum alexandrae zijn een reusachtig soort rabarberplanten, waarbij de op hoge stengels staande bloemtrossen omgeven zijn door een groot lichtdoorlatend schutblad. Op zonnige dagen warmt de bloem daardoor wel 10 graden op.