Bäume - Häuser des Lebens

Winter-Linde (Tilia cordata) als Straßenbaum. Fotografie: Bildungsexplosion

Baumartige Pflanzen gab es schon vor 400 Millionen Jahren mit Bärlapp-, Schachtelhalm- und Farnbäumen. Keine von ihnen hatte einen holzigen Stamm. Grundlage für die Entwicklung der Bäume war die Erfindung des Samens.

Die erste Baureihe. Vor mehr als 250 Millionen Jahren (Perm, vor 299–251 Millionen Jahren) entwickelten sich die nacktsamigen Pflanzen - oder botanisch gesprochen: die Gymnospermen, zu denen die Koniferen sowie die fiederblättrigen Fächerpalmen gehören (nacktsamig, weil die Samen nicht von einem Fruchtknoten eingehüllt sind). Nicht alle Koniferen haben allerdings Nadeln. Viele haben schuppige Blätter, wie z.B. die Zypressen. Eine Sonderstellung nimmt der Ginkgo ein, der zwar Blätter hat, aber botanisch ebenfalls zu den Koniferen gehört. Unter Nadelbäumen im engeren Sinne verstehen wir vorwiegend Arten der Familie Pinaceae, zu denen z.B. Fichten, Kiefern und Lärchen zählen.

Die Innovation. Vor 100 Millionen Jahren schließlich begannen sich die Blütenpflanzen mit einer nie gekannten Geschwindigkeit auf der Erde auszubreiten. Diese bedecktsamigen Pflanzen (Angiospermen) teilen sich in zwei Klassen: Zu den einkeimblättrigen Pflanzen (Monokotyledonen) gehören die Gräser und Palmen, zu den zweikeimblättrigen Pflanzen (Dikotyledonen) unsere Laubbäume und Sträucher. Die Dikotyledonen umfassen insgesamt etwa 170.000 Arten. Die Laubbäume zeichnen sich gegenüber den Nadelbäumen durch eine wesentlich größere Arten- und Formenvielfalt aus, was ihnen eine wesentlich weitere Verbreitung, insbesondere in warmen Klimaten, beschert hat.

Die Definition. Was ist nun ein Baum? Antwort: Der Botaniker zählt jene holzigen Samenpflanzen zu den Bäumen, die über einen dominierenden Stamm, sowie über ein sekundäres Dickenwachstum verfügen. Zu dieser Gruppe zählen fast ausschließlich die Gymnospermen, sowie die zu den dikotylen Angiospermen gehörigen Laubbäume. Monocotyle Arten, wie die Palmen zeigen kein sekundäres Dickenwachstum und sind nach dieser Definition keine Bäume, auch wenn sie einen holzigen Spross haben. Gleiches gilt für Baumfarne, die nicht zu den Samenpflanzen zählen. Zu den Bäumen hingegen zählt kurioserweise die Welwitschia, deren knollenartiger Stamm im Boden steckt. Alles klar?

Hoch hinauf - Wie Bäume wachsen

Schichtenmodell. Die Erfindung des Lignins und die Entwicklung eines Meristemrings unterhalb der Rinde, dem Kambium, bilden das Erfolgskonzept, das den Baum zu einem der vorherrschenden Lebewesen auf diesem Planeten gemacht hat. Das Lignin gibt dem pflanzlichen Spross, seinen Ästen und Wurzeln ausreichende und dauerhafte Festigkeit, das Kambium sorgt für den Dickenzuwachs. In gemäßigten und borealen Klimaten ist die Kambialaktivität auf die Sommermonate beschränkt. Dadurch kommt es zu einer deutlichen Zonierung des Zuwachses, den Jahrringen. Im tropischen Tageszeitenklima kann das Kambium kontinuierlich neues Gewebe bilden. So erneuern Bäume ihre Leitungs- und Speicherungsorgane ständig. Es entsteht gewissermaßen kontinuierlich ein neuer Baum. Endogene Einflüsse (Genetik, Physiologie) sowie exogene Faktoren (Klima, Standort, Konkurrenz) beeinflussen das Wachstum. Mit der Variation des Zuwachses befasst sich die Dendrochronologie.

Aufbruch. Nach der Keimung des Samens bilden sich als erstes Grün zunächst charakteristische Keimblätter. Der typische Spross, sowie die Wurzel entwickeln sich. Am Ende des ersten Jahres hat der junge Spross bereits neue Knospen gebildet. Wenn die Knospen später austreiben, sind die Triebe bereits ausdifferenziert, sie erfahren lediglich ein Streckungs- und Differenzierungswachstum. Die Triebstreckung ist meist innerhalb weniger Wochen abgeschlossen, während das sekundäre Dickenwachstum noch bis zum Spätsommer andauert. Viele Laubbaumarten, aber auch einige Nadelbäume sind in der Lage, mehrere Triebe pro Jahr zu bilden. Man spricht von proleptischen, oder auch von Johannistrieben.

Triebgesteuert. Die wichtigste physiologische Aktivität findet in den Teilungsgeweben der Triebspitzen (Apikalmeristem) und dem Wurzelmeristem (Kalyptrogen) statt. Wuchsstoffe (Phytohormone), wie die Auxine stimulieren das Streckungswachstum des Haupttriebes und hemmen zugleich die Seitentriebe (apikale Dominanz). Sie fördern außerdem die Teilungsaktivität des Kambiums. Der pflanzliche Hormoncocktail beschränkt sich aber nur auf fünf Stoffe bzw. Stoffgruppen, die synergistisch (sich gegenseitig fördernd) oder antagonistisch wirken (sich gegenseitig hemmend): Auxin, Gibbereline, Cytokinine, Abscisine, Ethylen. Was die Phytohormone von menschlichen Hormonen wesentlich unterscheidet, ist ihre unspezifische Wirkung. Ein Pflanzen-Hormon kann verschiedene physiologische Vorgänge auslösen bzw. hemmen. Daher sollte ihre Bedeutung nicht überbewertet werden. Am besten lassen sich die Wachstumsprozesse im Baum verstehen, wenn man ihn als kompartmentiertes Wesen begreift, dessen Elemente teilautark wirken, partiell kooperieren aber auch konkurrieren können.

Alterung. Der Zuwachs eines vitalen Baumes erreicht meist mach wenigen Jahrzehnten sein Maximum und nimmt dann mit zunehmendem Alter ab. Dies trifft sowohl für das Längenwachstum der Triebe als auch für die Jahrringbreite zu. Während die Meristeme der Bäume praktisch nicht altern, da sie sich ständig selbst erneuern, unterliegt der Gesamtorganismus Baum sichtbaren Alterungsprozessen. Dies zeigt sich in abnehmender Vitalität und zunehmender Anfälligkeit gegen exogene Schadfaktoren. Mikroorganismen besiedeln den Baum und führen dann früher oder später zum Absterben. Interessanterweise finden sich die ältesten Bäume nicht in den Tropen, wie viele Menschen vermuten, sondern an klimatischen Grenzstandorten, meist im Hochgebirge. Die ältesten Bäume der Welt sind Borstenzapfenkiefern in Kalifornien, wo sie in über 3000 m Meereshöhe annähernd 5000 Jahre alt werden können.

Natur-Design - Wie Bäume ihre Gestalt optimieren

Die Entdeckung der Langsamkeit. Ein Baum, so unbeweglich er auch erscheinen mag, ruht niemals. Sein Tempo liegt für uns unterhalb der Wahrnehmbarkeitsgrenze. Fast unbemerkt verändert er seine Gestalt und passt sich den biologischen und mechanischen Erfordernissen an. Adaptives Wachstum nennt man diesen Vorgang. Dabei erreicht ein Baum niemals das Optimum, da er ja ständig weiterwächst. Das innere Gleichgewicht ist kein statisches, sondern ein dynamisches.

Perfekte Ingenieurkunst. Warum brechen Äste nicht einfach ab? Wie trotzen Bäume Stürmen? Müssten Ingenieure einen idealen Baum entwerfen, so würde ihnen das schwerfallen - zu komplex ist seine Gestalt. Der Baum sorgt durch adaptives Wachstum dafür, dass im Idealfall nirgendwo in seiner Gestalt Kerbspannungen, also Sollbruchstellen auftreten. Unterziehen Sie z.B. Astgabelungen einer geometrischen Analyse, so werden Sie feststellen, dass diese an der Innenseite niemals einen Kreisradius, sondern einen statisch optimierten, elliptischen Radius ausbilden: Mechanisch perfekt.
Actio gleich Reactio. Dieser physikalische Satz gilt im biologischen Sinn auch für Bäume. Tritt irgendwo eine Verletzung oder ein Ungleichgewicht auf, versucht der Baum sofort, durch gezieltes Wachstum, den mechanischen oder physiologischen Schaden auszugleichen. Der geübte Sachverständige kann aus dieser "Körpersprache der Bäume" Baumschäden erkennen und deren Gefährdungspotential einschätzen.
Die Bauprinzipien der Bäume werden inzwischen in der Technik verwendet. Von mechanisch optimierten Teilen im Automobilbau bis hin zu bruchfesten Knochenschrauben reicht die Spannweiter der Anwendungen: Bäume als Lehrmeister.

Sonnenkraftwerk - Wie Bäume CO2 binden

Grüne Solarzellen. Ein weiteres Erfolgsrezept sind die Assimilationsorgane des Baumes: die Blätter. Sie binden bei der Photosynthese das Kohlendioxid aus der Luft, das über die Spaltöffnungen (Stomata) aufgenommen wird. Die grünen Blattzellen bilden daraus mit Wasser und unter Mitwirkung des UV-Lichts Traubenzucker. Dieser wird zum Teil von der Pflanze sebst veratmet, zum Teil in Gerüstsubstanzen umgewandelt (vor allem Zellulose, Hemizellulosen und Lignin) - oder in Form von Stärke gespeichert. Dieser Prozess ist endotherm, verbraucht also Energie. Die Gewinnung des Wasserstoffs (Protonen) aus dem Wasser verläuft über zwei Lichtreaktionen. Chlorophyll und sogenannte Antennenpigmente absorbieren die dazu benötigte Lichtenergie und übertragen diese auf die Reaktionszentren. Die Protonen werden auf NADP übertragen. Ein Teil der gewonnenen Energie wird durch Aufbau von ATP gespeichert (Photophosphorilierung). Die gespeicherte Energie und die Protonen stehen dann für die Bindung des CO2 zur Verfügung, so dass schließlich in einer Reaktionskette, dem Calvin-Zyklus, Zucker entsteht.

Biomasse aus dem Nichts. Faszinierend: Der Wald entsteht also aus Luft und Wasser. Dabei ist die Ausbeute der Assimilation, wie dieser Vorgang auch genannt wird, scheinbar gering: Die grünen Blätter produzieren aus 100 Gramm C02 und 82 Gramm Wasser nur 68 Gramm Glukose, ein Wirkungsgrad von etwa 37 Prozent. Sauerstoff und Wasser bleiben als Abfallprodukt übrig. Dennoch: Auf diese Weise können unsere Waldbäume unter optimalen Bedingungen bis zu 20 Tonnen organische Substanz pro Jahr und Hektar erzeugen, tropische Arten bis zu 70 Tonnen. Dabei wird weniger als ein Prozent der Strahlungsenergie der Sonne für die Photosynthese ausgenutzt. Weit mehr, nämlich etwa die Hälfte der einfallenden Energie, wird für die Transpiration verbraucht.

Bäume gegen Treibhauseffekt? In Deutschland werden zur Zeit noch über 200 Millionen Tonnen Kohlenstoff aus Verbrennungsprozessen in die Atmosphäre geblasen. Gehen wir davon aus, dass gleichzeitig pro Hektar Wald etwa 6 Tonnen Biomasse erzeugt werden, von der die Hälfte aus Kohlenstoff besteht, so ergibt sich bei einer Gesamtwaldfläche von 10 Millionen Hektar eine jährliche Kohlenstoffbindung von 30 Millionen Tonnen. Selbst wenn sich der Anteil der Waldfläche von zur Zeit 30 auf 100 Prozent  der Landesfläche erhöhte, könnten wir also nicht einmal die Hälfte unserer C02-Emissionen binden. Allerdings: Da die C02-Bilanz der Holznutzung bei nachhaltiger Bewirtschaftung der Wälder ausgeglichen ist, steht der Energiegewinnung aus Rest- und Althölzern umweltpolitisch nichts im Wege. Mit jedem Kilojoule Energie aus Holzbrand und alternativen Energien sinkt die Freisetzung von fossil gebundenem Kohlenstoff aus Kohle, Erdöl und Erdgas - übrigens auch Produkte der Photosynthese.

Literatur

 
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