Dotaz

Nejdřív si připomeňme, že mezi vyšší rostliny patří mechorosty a rostliny cévnaté, které zahrnují kapraďorosty, nahosemenné a krytosemenné. Pro náš článek takové základní rozdělení postačí, i když je vám asi jasné, že systematika vyšších rostlin a evoluční vztahy mezi jejich skupinami jsou podstatně složitější.

Když mluvíme o suchu, musíme rozlišovat sucho v prostředí (především nedostatek vody v půdě) a sucho uvnitř rostliny (nedostatek vody v buňkách, pletivech a orgánech).

I na místech, kde není vody zrovna na rozdávání, s ní může rostlina hospodařit tak dobře, že její buňky nestrádají. O dost těžší je zajistit, aby pletiva přežila kompletní vysušení.

Kde všude musí rostliny bojovat se suchem? Jako první vás asi napadnou pouště nebo polopouště, pro které jsou typické nízké roční úhrny srážek. Nedostatek vody ale ohrožuje rostliny také v regionech se středomořským klimatem, charakterizovaným vlhkou zimou a suchým horkým létem.

Dalšími problémovými oblastmi jsou ty části tropů a subtropů, kde se během roku střídá období dešťů s obdobím, kdy prakticky vůbec neprší.

Kromě podnebí záleží také na podmínkách konkrétního stanoviště. Zvlášť náchylné k vysychání jsou skály, protože z nich srážková voda rychle odtéká a mělká půda jí zadrží jen málo.

Se suchem se musí potýkat i některé epifyty, tedy druhy rostoucí na kmenech či větvích jiných rostlin. Nemohou totiž čerpat vodu z půdy a jsou odkázané jenom na vláhu, kterou zachytí ze srážek, případně z mlhy.

Občasný krátkodobý nedostatek vody je v přírodě běžný a většina rostlin má fyziologické mechanismy, jak se s ním vypořádat. Nás teď ovšem zajímají druhy, které umí přežít dlouhodobé extrémní sucho. Ty používají tři hlavní strategie:

Strategie 1: na shledanou v lepších časech

Některé rostliny se suchu jednoduše vyhnou a přežívají ho v podobě semen nebo podzemních orgánů.

Semena obsahují jen málo vody, takže se už ze své podstaty nemusí bát vyschnutí. U mnoha jednoletých bylin ze suchých oblastí leží dlouho v zemi, kde trpělivě čekají na deště, které čas od času přinášejí bohatou nadílku vláhy.

Po vydatných srážkách rostliny rychle vyklíčí, vytvoří listy, vykvetou a odplodí. Celý svůj životní cyklus dokážou zvládnout během pár týdnů – tedy dřív, než se z půdy odpaří všechna voda. Jejich semena pak zase čekají, až znovu zaprší.

Vytrvalé druhy používající strategii „útěku před suchem“ spoléhají na dužnaté podzemní orgány. V půdě je chladněji, nesvítí tam slunce a výpar je menší. Oddenky, hlízy, cibule nebo ztlustlé kořeny tak mohou sloužit jako skvělé „cisterny“, které velmi dlouho udrží zásobu vody. Zároveň se v nich skladují cukry, škrob i další živiny.

Tyto rostliny přežívají sucho hlavně pod povrchem, zatímco jejich nadzemní část přestává růst nebo odumírá. Jakmile však pořádně zaprší, začnou rašit nové stonky. Rostou rychle, protože mohou využít vodu a živiny nashromážděné v podzemních orgánech. Zakrátko se objeví květy – a plody stihnou uzrát, dokud je v půdě ještě nějaká vláha.

Stategie 2: Zásoby a úspory

Jiné druhy se ze všech sil snaží udržet optimální obsah vody v buňkách. Díky tomu sucho pouze nepřečkávají v klidovém stavu, ale zůstávají aktivní – rostou a fotosyntetizují. Musí si ovšem vytvářet zásoby vody a uvážlivě s ní hospodařit.

Prvním úkolem je získat co nejvíc vody. Proto mají tyto rostliny rozsáhlé kořenové systémy, které pronikají velmi daleko i hluboko. Například severoafrický druh Pituranthos tortuosus má nadzemní část vysokou sotva pár desítek centimetrů, ale jeho kořeny sahají až do pětimetrové hloubky. Kořenové špičky navíc vnímají půdní vlhkost a aktivně rostou směrem ke zdrojům vláhy.

Stejně důležité je získanou vodu nějak uskladnit. Kaktusům slouží jako zásobárny ztlustlé stonky a větve. U jiných skupin sukulentů to mohou být i dužnaté listy – jak ví každý, kdo má doma aloe nebo tlustici.

Některé stromy hromadí vodu ve kmenech, což je třeba případ baobabů. Uvádí se, že z mohutného kmene baobabu prstnatého odčerpají listy až 400 litrů vláhy denně!

S uskladněnou vodou musí rostlina šetřit a efektivně využívat každou kapku. Hlavní je omezit ztráty vody výparem. Jenže rostlina není plastová lahev, abyste ji mohli neprodyšně uzavřít. Buněčné stěny přece jen trochu propouštějí vodu. Navíc jsou v pokožce nadzemních orgánů průduchy, jimiž rostlina přijímá oxid uhličitý nezbytný pro fotosyntézu.

Evoluce naštěstí vymyslela celou plejádu triků, které pomáhají výpar snižovat. Při nedostatku vody se především zavírají průduchy. U druhů ze suchých stanovišť také bývají menší a často leží v prohlubních pod úrovní pokožky, aby byly „v závětří“ a voda se z nich odpařovala pomaleji.

Většina kaktusů i mnoho dalších sukulentů otevírá průduchy výhradně v noci, kdy je díky nižší teplotě menší výpar. Kde ale tyto rostliny vezmou oxid uhličitý pro fotosyntézu, která přece běží jenom ve dne? Jejich řešení je geniálně jednoduché. Během noci přijímají CO₂ ze vzduchu a dočasně ho zabudovávají do organických kyselin. Přes den, kdy jsou průduchy zavřené, se pak oxid uhličitý z kyselin uvolňuje a buňky ho využívají při fotosyntéze.

Ztráty vody omezuje také kutikula – speciální, velmi málo propustná vrstva na vnějším povrchu pokožky. Často se nad ní nachází ještě vrstva vosku.

Největší úniky vlhkosti mají na svědomí listy. Některé rostliny, například trávy, je proto za sucha svinují. Tím výrazně zmenší plochu, z níž se může voda odpařovat. Z tropických a subtropických oblastí se sezónními dešti zase známe spoustu dřevin, které listy kompletně shazují, když přijde období sucha.

Nejradikálnější řešení je listy vůbec nemít, což úspěšně praktikují třeba kaktusy. U nich se listy (až na výjimky) přeměnily v trny a fotosyntézu obstarávají ztlustlé stonky.

Díky všem těmto trikům dokážou nejodolnější sukulenty přežít až několik let naprostého sucha. Jenže v buňkách mají stále vodu. To se to pak přežívá! Pojďme se tedy podívat na ještě větší drsňáky.

Strategie 3: Vydržíme všechno

Věřte nebo ne, existují rostliny, které nezabije ani totální vysušení pletiv. Zhnědnou, scvrknou se, zbyde v nich méně než 10 % původního obsahu vody, ale když je namočíte, znovu se zazelenají.

Takových rostlin není vůbec málo – jejich celkový počet se odhaduje až na 1 000 druhů. Patří sem mechorosty ze suchých stanovišť, řada kapraďorostů a zhruba 300 druhů krytosemenných. Z kapraďorostů zmiňme aspoň vraneček Selaginella lepidophylla, přezdívaný růže z Jericha, nebo čeleď blánatcovitých, což jsou drobné kapradiny s velmi tenkými listy.

Krytosemenné rostliny s těmito superschopnostmi najdeme v suchých oblastech všech kontinentů – mimo jiné ve Střední Asii, na jihu Afriky nebo na Balkáně. V horách Bulharska a severovýchodního Řecka roste například fialově kvetoucí trvalka haberlea rodopská (Haberlea rhodopensis), která se občas pěstuje jako skalnička. Nemáte ji náhodou na zahradě?

Co potřebují rostlinné buňky k tomu, aby přežily vysušení? V první řadě musí ochránit buněčné membrány a proteiny. Při velké ztrátě vody totiž hrozí, že se membrány zhroutí a molekuly bílkovin změní svůj tvar natolik, že přestanou správně fungovat.

Když začnou buňky vysychat, hromadí se v nich sacharóza, trehalóza nebo jiné cukry chránící membrány a bílkoviny. V membránách roste obsah cholesterolu i dalších tukových látek se stabilizační funkcí.

Syntetizují se speciální proteiny, jež pomáhají zachovat tvar bílkovinných molekul, brání jejich shlukování a přispívají ke stabilizaci membrán. Buňky zároveň produkují enzymy, které odbourávají nevratně poškozené či nepotřebné bílkoviny.

Při vysychání vznikají nebezpečné kyslíkové radikály i jiné látky s oxidačními vlastnostmi. Buňka tedy musí vyrábět také antioxidanty a enzymy likvidující radikály.

Takto připravené, důkladně ochráněné rostliny pak vydrží bez vody velice dlouho. Suché mohou dokonce lépe vzdorovat jiným stresům, například horku.

Snad tedy zvolíme správně, když vítězem klání o nejodolnější rostlinu vyhlásíme pouštní mech rourkatec šedožebrý. Ten dokáže ve vysušeném stavu ještě navíc přežít půlhodinový pobyt při 120 °C. Což je absolutní teplotní rekord mezi všemi eukaryoty – rostlinami, živočichy, houbami a ostatními organismy s buněčným jádrem.

Použité zdroje:

Larcher W (1995): Physiological Plant Ecology. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.

Nilsen ET, Orcutt DM (1996): The Physiology of Plants under Stress. Abiotic Factors. John Wiley & Sons, New York.

Lüttge U, Beck E, Bartels D, eds. (2011): Plant Desiccation Tolerance. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.

Stark LR, McLetchie DN, Roberts SP (2009): Gender differences and a new adult eukaryotic record for upper thermal tolerance in the desert moss Syntrichia caninervis. J. Thermal Biol. 34: 131–137.

Rakić T, et al. (2014): Resurrection plants of the genus Ramonda: prospective survival strategies – unlock further capacity of adaptation, or embark on the path of evolution? Front. Plant Sci. 4: 550. DOI: 10.3389/fpls.2013.00550.

Gechev TS, et al. (2012): Molecular mechanisms of desiccation tolerance in resurrection plants. Cell. Mol. Life Sci. 69: 3175–3186.

Vaseva I, et al. (2012): The response of plants to drought stress: the role of dehydrins, chaperones, proteases and protease inhibitors in maintaining cellular protein function. In: Neves DF, Sanz JD, eds.: Droughts: New Research. Nova Science Publishers.