Copacii gospodari: ce recuperează arborele din frunză înainte de cădere

Sursa: Ksenia Pahorukova, grupul "Botanizirka" (Facebook). Material adaptat după postarea autoarei.

Frunza nu se îngălbenește și nu cade într-o singură zi. Cu câteva săptămâni înainte de căderea frunzelor, arborele extrage din ea, pas cu pas, tot ce are mai valoros și îl mută în ramuri, scoarță, trunchi și rădăcini. Botaniștii numesc acest proces remobilizarea, sau resorbția, nutrienților. În primăvară, din aceste rezerve vor crește primele frunze și lăstari.

O frunză costă scump

Pe parcursul sezonului, în frunză se adună o adevărată avere: proteine (inclusiv enzime), acizi nucleici, membrane, elemente minerale. Să le arunce pe toate odată cu frunza ar fi o risipă prea mare, așa că natura a organizat o valorificare ordonată. Științific, îmbătrânirea frunzei se numește senescență și decurge astfel:

• moleculele complexe se descompun în unele mai simple;
• produșii descompunerii trec în forme mobile;
• prin floem, țesutul conducător al scoarței, ei pleacă spre organele de depozitare;
• în paralel, la baza pețiolului se formează un strat special de celule, pe care frunza se va desprinde mai târziu de ramură.

Extragerea începe în interiorul celulelor. Proteinele din cloroplaste sunt descompuse de enzime numite proteaze. O parte din conținutul cloroplastelor celula îl ambalează în vezicule mici și îl trimite în vacuolă, unde descompunerea continuă.

Moleculele mici și ionii rezultați trebuie apoi duși până în floem. Pentru asta, membranele celulare au canale și proteine transportoare. Multe dintre ele pot pompa o substanță chiar acolo unde ea e deja mai concentrată, adică împotriva gradientului de concentrație.

Autostrada arborelui

Floemul este un țesut conducător viu. La arbori, el se află în stratul interior al scoarței, numit liber, la exterior față de cambiu. Baza floemului o formează tuburile ciuruite: șiruri de celule vii despărțite de pereți poroși, asemănători unei site. Prin ele curge o soluție de zaharuri, aminoacizi și ioni.

Soluția concentrată atrage apa, presiunea din tuburi crește, iar seva se deplasează spre locurile unde substanțele sunt descărcate. Vara, zaharurile pleacă din frunze în două direcții deodată: spre rădăcini și spre vârfurile lăstarilor în creștere. Toamna, fluxul din frunze se îndreaptă spre ramuri, trunchi și rădăcini. Primăvara, direcția se inversează: rezervele din scoarță, lemn și rădăcini pornesc spre mugurii care se deschid.

Cinci elemente pe care arborele le recuperează

• azotul - baza proteinelor, inclusiv a enzimelor fotosintezei;
• fosforul - parte din ATP, ADN, ARN și membranele celulare;
• potasiul - regulatorul echilibrului hidric și al funcționării stomatelor;
• sulful - element al proteinelor și al glutationului, o moleculă antioxidantă mică;
• magneziul - atomul central al clorofilei și ajutorul multor enzime.

Azotul

Cea mai mare parte a azotului din frunză se află în proteine, iar o bună parte din ele aparțin aparatului fotosintetic. Principalul "depozit" de azot de aici este enzima RuBisCO (ribulozo-1,5-bifosfat carboxilază/oxigenază). Ea leagă dioxidul de carbon din aer de o moleculă organică și pornește astfel transformarea CO₂ în zaharuri. RuBisCO lucrează încet, de aceea frunza are nevoie de foarte multă: la multe specii ea reprezintă până la jumătate din proteina solubilă. Și clorofila conține azot, dar mult mai puțin.

Când frunza îmbătrânește, proteinele se descompun în aminoacizi. Cel mai ușor de transportat sunt glutamina și asparagina, cu câte doi atomi de azot în fiecare moleculă. Acești aminoacizi se numesc amide și pleacă prin floem spre scoarță, lăstari, muguri și rădăcini.

La plopi, sălcii și arțari, în celulele vii ale scoarței interioare se formează pentru iarnă proteine speciale de rezervă. Primăvara ele se descompun din nou, iar azotul merge spre creștere. Și alți arbori foioși își păstrează azotul în scoarță și lemn, nu doar în proteine, ci și în aminoacizi liberi. Mărul, de exemplu, are în scoarță multă arginină, un aminoacid cu patru atomi de azot. Plantele veșnic verzi păstrează o parte din azot chiar în frunzele mature, iar ca rezervă le servesc inclusiv proteinele de lucru, aceeași RuBisCO.

Azotul limitează adesea creșterea plantelor, de aceea recuperarea lui contează în mod deosebit. Un exemplu bine studiat este plopul tremurător (Populus tremula). Cercetătorii suedezi au urmărit un singur arbore din nordul țării și au constatat că în cursul toamnei el și-a recuperat circa 80% din azotul și fosforul din frunze. În alte condiții, desigur, cifrele pot fi diferite.

Fosforul

Fosforul intră în componența ATP, a fosfolipidelor din membrane și a acizilor nucleici. O parte importantă revine ARN-ului, în primul rând celui ribozomal. Ca să-l recupereze, celula folosește enzime speciale: ribonucleazele descompun ARN-ul, fosfolipazele - lipidele membranare, iar fosfatazele desprind grupările fosfat de compușii organici.

În final, fosforul trece mai ales în fosfat anorganic, același ion pe care rădăcinile îl absorb din sol. Prin proteinele transportoare el ajunge în floem. În sol, fosforul e deseori insuficient, așa că arborelui îi convine să-l păstreze.

Potasiul

Potasiul reglează echilibrul hidric al celulelor, funcționarea stomatelor, transportul zaharurilor și activitatea enzimelor. El nu e încorporat în molecule mari și se găsește în celulă sub formă de ioni liberi K⁺, în citoplasmă și în sucul vacuolar. De aceea, pentru a-l recupera nu trebuie descompus nimic: ionii trec prin membrane pe canalele de potasiu și, cu ajutorul transportorilor, pleacă în floem. De altfel, potasiul este principalul cation din seva floemului și ajută la menținerea presiunii în ea.

Această mobilitate are și o parte negativă. Când membranele celulelor îmbătrânite se deteriorează, potasiul dizolvat este spălat ușor de ploaie direct în sol. De aceea, în măsurătorile "recuperării" potasiului, o parte din pierdere poate fi de fapt simplă spălare.

Sulful

Sulful intră în doi aminoacizi, cisteina și metionina. Cisteinele din zone diferite ale lanțului proteic se leagă prin "punți" de sulf, iar aceste legături mențin forma multor proteine. Cisteina face parte și din centrii activi ai enzimelor și din clusterele fier-sulf, grupuri mici de atomi de fier și sulf care transferă electroni în fotosinteză. Cu metionina începe sinteza oricărei proteine, iar din ea se formează și substanțe-regulatori, printre care hormonul vegetal etilena.

Pe lângă asta, sulful intră în glutation, o moleculă mică din trei aminoacizi, unul dintre principalii antioxidanți ai celulei.

După descompunerea proteinelor, sulful părăsește frunza în mai multe forme: sulfat, glutation și aminoacizi cu sulf. La arbori, recuperarea lui este mai puțin studiată decât cea a azotului și fosforului.

Magneziul

Magneziul se află în centrul moleculei de clorofilă și participă la funcționarea ribozomilor și a multor enzime. Deosebit de importantă este legătura lui cu ATP. În celulă, ATP există mai ales în pereche cu un ion de magneziu, care se atașează de grupările sale fosfat. Acest compus se numește Mg-ATP. Magneziul neutralizează parțial sarcinile negative ale fosfaților și dă moleculei forma potrivită, iar doar în această formă enzima poate "prinde" comod ATP-ul și desprinde un fosfat, eliberând energie. De aceea, majoritatea enzimelor care lucrează cu ATP folosesc de fapt Mg-ATP.

Totuși, în clorofilă se află doar o mică parte din magneziul frunzei: după diferite estimări, de la câteva procente până la o treime. Restul este în mare parte dizolvat în celulă sub formă de ioni, iar o parte e legată de pereții celulari și de sărurile insolubile din vacuole.

Magneziul se recuperează vizibil mai slab decât azotul, fosforul și potasiul. Potrivit unei sinteze globale a datelor despre plantele terestre, din frunze se recuperează în medie circa 29% din magneziu, în timp ce din azot circa 62%, din fosfor 65%, din potasiu 70%. Sunt valori medii pentru multe specii și regiuni, la arbori anume cifrele pot diferi mult.

Zaharurile

Zaharurile sunt produsul fotosintezei. Cât timp frunza poate lucra, ea continuă să trimită zaharoză în trunchi, ramuri și rădăcini, unde se poate transforma în amidon și alte forme de rezervă. Pe măsură ce frunza îmbătrânește, fotosinteza se stinge treptat.

Celuloza, lignina și însoțitorii lor

Celuloza, hemicelulozele și lignina rămân în frunză. Ele formează scheletul pereților celulari, iar planta nu le poate desface în fragmente mobile. Din ele se va forma viitoarea litieră.

Mobilitatea elementelor

Elementele se deplasează prin plantă în mod diferit:

Calciul este legat în mare parte de pereții celulari și circulă greu prin floem. În medie, la nivel mondial, din frunze se recuperează doar circa 11% din calciu, restul cade odată cu frunza. Cât de completă va fi recuperarea depinde de specie, de fertilitatea și umiditatea solului, de vreme și de starea arborelui.

Dar la conifere?

Acele de pin silvestru trăiesc câțiva ani, dar înainte de a muri trec printr-un proces asemănător. Într-un studiu asupra aparatului asimilator al pinului, acele galbene, pe moarte, conțineau vizibil mai puțin sulf, magneziu și fosfor decât cele vii. Unii autori presupun că și azotul și fosforul pleacă din acele îmbătrânite spre lăstari.

Când procesul se întrerupe

Remobilizarea are nevoie de timp și de celule vii. Un îngheț timpuriu puternic, seceta sau o boală o pot întrerupe înainte de vreme, iar atunci frunza cade luând cu ea multe elemente importante pentru arbore. Sigur ați văzut cum, după un îngheț brusc sau după secetă, cad frunze încă verzi.

Ce rămâne în frunzele căzute

Mai departe începe partea de sol a circuitului. Ploile spală compușii solubili, animalele din sol mărunțesc frunzele, ciupercile și bacteriile le descompun. Au de lucru: chiar și după o recuperare eficientă, în frunzele căzute rămân multe lucruri utile. Este vorba de carbonul structural, calciul și alte elemente puțin mobile, o parte din azot, fosfor și potasiu, taninuri și produși de descompunere ai pigmenților. Cu timpul, toate acestea devin din nou accesibile rădăcinilor.

De aceea, de fiecare dată când strângem frunzele în saci sau le ardem în curte, întrerupem acest circuit la jumătatea drumului. Arborele nu aruncă nimic valoros. Merită să învățăm de la el.

#PăduriMoldovei #Ecologie