Adaptace rostlin na nedostatek nebo přebytek vlhkosti

Protoplazma, živá hmota živočišných a rostlinných buněk, se z 90 procent skládá z vody – bez dostatečného množství vlhkosti nemůže existovat život. Zvláště důležité je přizpůsobení rostlin nedostatku vláhy. Voda ovlivňuje suchozemská zvířata a rostliny mnoha způsoby. Vlhkost je také důležitá pro kontrolu ztráty vody přes kůži, plíce u zvířat a listy u rostlin. Všechna zvířata potřebují nějakou formu vody v potravě nebo jako nápoj pro fungování svých vylučovacích systémů. Rostliny mají vnitřní vodovodní systém – paralelní trubice odumřelé tkáně zvané xylém – které přenášejí vodu z kořenových špiček do listů. Během evoluce došlo k adaptaci rostlin na nedostatek vláhy. Celý rostlinný systém je plný vody pod napětím (kapilární tlak). Pokud je vlhkost nedostatečná, rostlina zahyne – může selhat klíčení, sazenice nemusí zakořenit, a pokud dojde k pádu během kvetení, výnos semen může být výrazně snížen. Nadměrné poklesy vodního stresu zabíjejí rostliny, jak ví každý, kdo zkoušel pěstovat rostliny během sucha.

Bioklima přispělo k adaptaci rostlin na nedostatek vláhy

Na souši zásobují srážky vodou ekosystémy. Rostliny nemohou využít všechny srážky. Značná část srážek se vypaří a vrátí se zpět do atmosféry. Z tohoto důvodu je dostupná vlhkost nejlepším vodičem v pozemském ekosystému. Tento bod lze snadno pochopit na příkladu: Průměrné roční srážky 400 mm mohou podpořit les ve středním pásu, kde je výpar nízký, ale v Tanzanii, kde je výpar vysoký, může podpořit pouze suchou savanu. Dostupná vlhkost do značné míry určuje hladinu vody v půdě, což zase výrazně ovlivňuje růst. Aby rostliny mohly fotosyntetizovat a využívat sluneční energii k růstu, musí být k dispozici voda. Bez vody se solární energie jednoduše zahřeje a „spálí“ rostlinu. Stejně tak, aby rostlina využívala vodu k růstu, musí být k dispozici sluneční energie. Bez zdroje energie bude voda zatékat do půdy nebo odtékat nevyužitá. Z těchto důvodů jsou teplota (jako měřítko energie) a vlhkost hlavními limitujícími faktory, které působí v tandemu. V tropických oblastech jsou teploty vždy dostatečně vysoké pro růst rostlin a limitujícím faktorem jsou srážky. V chladných podmínkách je většinou po většinu roku k dispozici voda pro růst rostlin – limitujícím faktorem jsou nízké teploty. To platí i pro omezující faktory v horách, kde teplo nebo voda (nebo obojí) nastavují nižší výškové limity a nedostatek tepla horní limity. Srážky a teplota jsou tak důležité, že je někteří výzkumníci používají k charakterizaci bioklimatu. Bioklima jsou aspekty klimatu, které se zdají být pro živé organismy nejdůležitější. Nejpoužívanější bioklimatickou klasifikací je „klimatický diagram“ zahrnující sezónní cyklus srážek.

Mokré prostředí

• Hydrofyty jsou vodní rostliny, které zakořeňují ve stojaté vodě.
• Helofyty jsou bahenní rostliny.
• Mezofyty jsou rostliny, které žijí v normálně vlhkých, ale ne vlhkých podmínkách.
• Xerofyty jsou rostliny, které žijí v suchých podmínkách.

Mokřady podporují hydrofyty a helofyty. Vodní pryskyřník a bahenní řasy jsou hydrofyty; ptačí zob – helofyt. Tyto rostliny zvládnou přežít tím, že si v kořenech, stoncích nebo listech vytvoří systém vzduchových prostorů.

Vzduchové prostory poskytují vztlak a zlepšují vnitřní ventilaci.

Mezofyty se velmi liší ve schopnosti tolerovat záplavy. Nížinné listnaté lesy zabírají bažiny a nivy, kde rostou mezofyty. Obsahují řadu druhů stromů, které mohou přežít v zatopených stanovištích. Vodní rostlina tupelo neboli nyssa, která se vyskytuje v lesích na úpatí, je dobře přizpůsobena takovým vlhkým podmínkám.

Povodně nebo vysoká vlhkost půdy mohou způsobit sezónní změny v rozšíření savců.

Mnoho organismů je zcela přizpůsobeno vodnímu prostředí. Kolonizace půdy je geologicky nedávnou událostí. Někteří obratlovci se vrátili do vodní existence. Mezi ty, kteří se vracejí do vody, patří krokodýli, želvy, vyhynulí plesiosauři a ichtyosauři, tuleni a velryby. Někteří, včetně vydry, přijali semi-vodní životní styl.

Suché prostředí

Rostliny jsou velmi citlivé na sucho a suchost představuje problém přežití. Vliv teploty na rostliny však ovlivnil i jejich vývoj. Některé druhy řas rostou v extrémně suché a horké poušti Gobi (v Mongolsku a Číně).

Vyšší rostliny přežívají v suchých podmínkách díky xerofytické adaptaci – suché půdy podporují xerofyty. Jedním ze způsobů, jak přežít, je jednoduše se vyhnout suchu ve formě semen (pluvioterophytes) nebo ve formě podzemních zásobních orgánů (cibule, hlízy nebo oddenky). Jiné xerofytické adaptace umožňují rostlinám zadržovat dostatek vody, aby udržely své protoplasty vlhké, čímž se zabrání vysychání. Voda je zadržována několika mechanismy.

Velmi účinným mechanismem je akumulace vody.

Sukulenty jsou rostliny, které uchovávají vodu ve svých listech, stoncích nebo kořenech. Příklady adaptace rostlin na nedostatek vláhy jsou kaktus saguaro a kaktus sudovitý. Sudový kaktus uchovává tolik vlhkosti, že ho domorodí Američané a další obyvatelé pouště používali jako nouzový zdroj vody.

Mnoho sukulentů má metabolickou cestu kyseliny crassulaceové k absorpci oxidu uhličitého. Tento typ fotosyntézy zahrnuje příjem oxidu uhličitého v noci s průduchy dokořán a jeho následné použití během dne s uzavřenými průduchy k ochraně před ztrátou. Jiní xerofyti, kteří žijí v suchých podmínkách (někdy považováni za skutečné xerofyty) vodu neskladují, ale vyvinuly velmi účinné způsoby, jak snížit ztráty vody – listy se silnou kutikulou, propadlé a menší průduchy, listy, které v suchých obdobích opadávají, zlepšená absorpce vody díky široce rozšířeným nebo hluboce pronikajícím kořenovým systémům a zlepšené vodivosti vody.

Pelyněk velký je příkladem pravého xerofytu. Larrea tridentata neboli kreasotový keř jednoduše snáší sucho a přestává růst, když není k dispozici voda.

Adaptace rostlin na nedostatek vláhy se liší v jejich schopnosti. Nejhůře trpí mladé rostliny. Tolerance sucha se měří specifickou dobou přežití (doba mezi dobou, kdy kořeny již nemohou absorbovat vodu, a počátkem poškození vysycháním).

Specifická doba přežití bez vody pro rostliny je 1000 hodin u kaktusu opuncie, 50 hodin u borovice lesní, 16 hodin u dubu, 2 hodiny u buku a 1 hodina u pomněnky.