Bäume

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Grundstruktur

Nimmt man einen älteren Zweig zur Hand und durchdringt in Gedanken von außen nach innen die einzelnen Zonen und Schichten, aus denen er aufgebaut ist, dann ist das braungraue Material, das den Zweig umgibt, die Borke. Sie ist artspezifisch unterschiedlich dick und besteht aus toten Korkzellen, die das innere Gewebe schützen und gleichzeitig verhindern, dass der Zweig (oder Stamm) unkontrolliert Wasser verliert. Man beachte, dass erst die sich nach innen anschließende Schicht als Rinde bezeichnet wird; sie enthält oft noch grüne Zellen und ist ein lebendes Gewebe. Weiter innen liegt eine dünne, zarte, aber lebenswichtige Zone, das Phloem (gesprochen Flo-em). In diesen röhrenförmigen, zarten Zellen wird der Zuckersaft aus den Blättern in den Stamm und die Wurzel abtransportiert. An das Phloem schließt sich nach innen die Wachstumszone (Kambium) an, in der während der Vegetationsperiode ständig Zellen produziert werden: zur Peripherie hin Phloemzellen und nach innen Xylemzellen (siehe den folgenden Abschnitt Meristematisches Wachstum).

Das Xylem ist der eigentliche Holzkörper des Baumes. Es besteht aus stark verholzten Wasserleitungsröhren, die das Wasser mit den Mineralien aus der Wurzel nach oben in die Blätter leiten. Allerdings ist meist nur noch der äußere Bereich dieses Holzkörpers, des Xylems, aktiv und lebendig. Die inneren Bereiche sind abgestorben und dienen (was insbesondere bei dicken, hohen Bäumen leicht einsehbar ist) der Stabilität. Die toten Bereiche des Xylems – auch als Kernholz bezeichnet – sind vor allem bei Tropenbäumen in feuchtheißem Klima mit bunten Farb- und Gerbstoffen imprägniert, um das Wachstum von zerstörerischen Mikroorganismen zu verhindern, die in diesen Klimaten besonders aggressiv sind. Diese Schönheit und Beständigkeit des Tropenholzes führt andererseits zum Raubbau an diesen Hölzern. Im Zentrum des Stammes findet sich ein Speichergewebe, das Mark, das nur im Jugendzustand des Baumes deutlich zu sehen ist.

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Meristematisches Wachstum

Nach der Keimung des Samens und der Entwicklung der beiden Keimblätter bildet sich zwischen Phloem und Xylem (also den Zucker- bzw. Wasserleitelementen) eine Schicht embryonaler Zellen, das so genannte Kambium. Dieses Kambium ist als Meristem (teilungsfähiges Gewebe) für das Dickenwachstum der Bäume verantwortlich. Allerdings trifft dies nur für die zweikeimblättrigen Bäume zu. Einkeimblättrige Bäume hingegen besitzen kein derartiges Kambium, das sie während des Höhenwachstums auch dicker werden lassen könnte. Eine drei Meter hohe Palme weist aus diesem Grund etwa den gleichen Stammdurchmesser auf wie eine 20 Meter hohe; auch die Zahl der Blätter ist gleich. Da Palmen keinen Kambiumring haben, müssen sie erst ihre endgültige Dicke entwickeln, bevor sie mit dem Höhenwachstum beginnen können. Eine Eiche oder Fichte wird hingegen mit der Zunahme von Alter und Höhe auch immer dicker.

Die Kambiumschicht kann durch andauernde Zellteilungen während der Vegetationsperiode sowohl zusätzliche Phloem- als auch neue Xylemzellen hervorbringen, wobei weitaus mehr Xylemzellen als Phloemzellen gebildet werden. Schließlich bildet das Xylem den sogenannten Holzteil eines Baums. Holz besteht zu etwa 70 Prozent aus Cellulose (daraus wird beispielsweise Papier hergestellt) und zu rund 30 Prozent aus Lignin. Letzteres ist der eigentliche Holzstoff. Er besteht aus einem dreidimensionalen Gerüst von sehr stabilen organischen Ringverbindungen (Phenylpropane), die in die Cellulose eingelagert sind und diese ähnlich stabilisieren wie ein Eisengerüst den Stahlbeton. Beim Absterben von Bäumen und deren nachfolgender Zersetzung im Boden wird der Celluloseanteil rasch abgebaut. Nur das Ligningerüst ist für die Bodenmikroorganismen schwer verdaulich, so dass Ligninbruchstücke im Boden lange erhalten bleiben und einen Großteil der organischen Struktur des Humus ausmachen. Der Heizwert von Holz ist etwa zur Hälfte auf den Gehalt am energiereichen Lignin zurückzuführen. Bei der Hocherhitzung von Holz zersetzt sich nämlich das Lignin und es entwickelt sich ein brennbares Gas, das u. a. den Holzalkohol (Methanol) enthält. Mit diesem Holzgas wurden im Zweiten Weltkrieg und in der Nachkriegszeit Automotoren betrieben (anstelle eines Benzintanks hatten diese Autos eine Ladefläche für Holzschnitzel).

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Entwicklung der Jahresringe

Das Alter von Bäumen lässt sich im Allgemeinen an der Zahl der Jahresringe ablesen. So kann man zur Altersbestimmung beispielsweise einen bleistiftstarken Bohrkern aus dem Stamm entnehmen, ohne den Baum dadurch zu schädigen. Einfacher ist die Altersbestimmung am Stumpf eines gefällten Baumes möglich. Hier sieht man auf der Schnittfläche konzentrische Ringe unterschiedlicher Dicke. Dabei handelt es sich um den jährlichen Dickenzuwachs des Stammes, der durch die winterliche Ruheperiode unterbrochen wird. Das bedeutet andererseits, dass man bei Tropenbäumen kaum Jahresringe vorfindet; allenfalls werden die einzelnen Trockenperioden angezeigt, in denen das Wachstum vorübergehend stagniert. Mit dem beginnenden Wachstum im Frühjahr bildet das Kambium im Stamm entsprechend dem großen Wasserbedarf beim Austrieb neuer Blätter oder Nadeln sehr weite, dicke Xylemröhrenzellen; diese Wassertransportkapazität reicht meist für den überwiegenden Teil des jährlichen Wasserbedarfs, so dass im Sommer nur noch wenige enge Xylemröhren gebildet werden müssen. Diese sich Jahr für Jahr wiederholende Abfolge von dicken und dünnen Elementen ist im Holzquerschnitt klar zu erkennen.

Zusätzlich gibt die Breite der einzelnen Ringe darüber Auskunft, wie gut die klimatischen Bedingungen und damit die des Wachstums waren. Archäologen untersuchen daher die Jahresringe von Hölzern, um so die klimatischen Bedingungen und Änderungen in der Umwelt früherer Zeiten zu bestimmen. Durch die Analyse von Jahresringen konnten Archäologen eine 4 000 Jahre zurückgehende Klimachronologie ausarbeiten. Dabei beginnt man mit Bäumen, deren Alter bekannt ist, und schließt einen überlappenden Vergleich von deren Ringen mit denen anderer Hölzer an, die beispielsweise aus dem Dachgebälk von Gebäuden stammen. Diese Altersbestimmung mit Hilfe von Jahresringen wird Dendrochronologie genannt. Die Methode wird auch zur Altersbestimmung von historischen Anlagen und Gebäuden genutzt. Wie britische Wissenschaftler 1998 in der Zeitschrift Nature mitteilten, scheint es allerdings für die letzten Jahrzehnte nicht mehr möglich zu sein, von den Jahresringen unmittelbar auf das Klima zu schließen. Zu diesem Schluss kamen die Botaniker, nachdem sie Daten von über hundert Standorten auf der nördlichen Hemisphäre erhoben hatten. Die Holzdichte stimmt danach immer weniger mit den Temperaturen überein. Die Ursachen für diese Entwicklung sind unbekannt.

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Ernährung

Die Ernährung der Bäume und die physiologischen Stoffwechselprozesse beruhen auf den gleichen Grundlagen wie bei den übrigen Pflanzen auch. Dies kann man bereits daran erkennen, dass sich Bäume wie andere Pflanzen gänzlich ohne Erdboden in Hydrokultur – Wasser und Mineralien – ziehen lassen. Neben den in geringsten Mengen benötigten Spurenelementen wie Eisen, Kupfer oder Molybdän brauchen Bäume für ihr Wachstum vorwiegend die drei Makronährelemente Stickstoff, Phosphor und Kalium. Interessanterweise stellt das Element Natrium für Bäume praktisch ein Gift dar, weshalb der Gebrauch von Streusalz (Natriumchlorid) im Winter drastisch verringert werden musste, um Alleebäume nicht zu schädigen. Tiere benötigen hingegen unbedingt Natrium in Form von Kochsalz für die Funktion ihres Nervensystems, das Bäume nicht haben.

Die im Boden in Wasser gelösten Mineralstoffe werden von den feinen Haarwurzeln aufgenommen und über das Röhrensystem des Xylems nach oben in die Blätter und Wachstumsbereiche transportiert. Nach dortiger Entnahme der Mineralien verdunstet ein Teil des Wassers über die Poren (Spaltöffnungen) in den Blättern, der andere Teil dient zum Lösen der Photosyntheseprodukte der Blätter: Die gebildeten Zucker (vorwiegend Saccharose, der handelsübliche Haushaltszucker) werden über das Röhrensystem des Phloems nach unten zur Versorgung von Stamm und Wurzel transportiert. Das Wasser, das nach Verbrauch der Zucker in der Wurzel ankommt, kann wieder für den Mineralstofftransport aufwärts genutzt werden, womit sich ein partieller Kreislauf schließt.

Der Bedarf an Mineralstoffen ist die eine Seite der Ernährung der Bäume; die andere Seite betrifft den Kohlenstoffhaushalt, denn mit Mineralien allein lässt sich keine organische Materie aufbauen. Wie Pflanzen ganz allgemein, so sind auch Bäume autotrophe Lebewesen: Sie können Kohlendioxid, das von den heterotrophen Tieren als Abfallprodukt an die Luft abgegeben wird, mit Hilfe der Sonnenenergie reaktivieren und in wichtige Bausteine des Stoffwechsels umwandeln. Während also Tiere irgendetwas (oder irgendwen) fressen müssen, können Pflanzen (und damit auch Bäume) die benötigten Verbindungen, sogar das komplexe Lignin, aus einzelnen Kohlenstoffbausteinen, Wasser und Nährstoffen selbst zusammensetzen. Das farblose Gas Kohlendioxid wird von den Blättern über die Spaltöffnungen aufgenommen und in den grünen Chloroplasten, welche die grüne Farbe des Blattes ausmachen, mit Solarenergie assimiliert, also ohne Abfallprodukte in körpereigene Materie umgewandelt. Bei diesem Prozess der Photosynthese wird die gleiche Menge Sauerstoff an die Luft abgegeben, wie gleichzeitig Kohlendioxid der Luft entnommen wurde.

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Fortpflanzung

Die Fortpflanzung von Bäumen erfolgt wie bei allen höheren Pflanzen, die auch als Samenpflanzen bezeichnet werden, im Gegensatz zu den Sporenpflanzen (Moosen und Farnen) durch Bildung und Verbreitung von Samen. An der Art der Blüten kann man erkennen, ob der Wind die männlichen Pollenkörner auf den weiblichen Fruchtknoten mit seiner Eizelle überträgt oder ob Insekten, Vögel oder gar Säugetiere wie Fledermäuse diese Aufgabe übernehmen. Die unauffälligen Blüten von Eichen, Ahornbäumen, Buchen, Fichten oder Tannen werden vom Wind bestäubt; bei den üppigen Blüten tropischer Bäume, vor allem den rot gefärbten, holen sich meist Vögel den Nektar aus der Blüte und bestäuben diese dabei. Viele Arten, z. B. Apfelbäume, besitzen so genannte Zwitterblüten, in denen sich sowohl die Pollen produzierenden Staubgefäße als auch der weibliche Fruchtknoten befinden. Andere Blüten, etwa die der Fichte, haben entweder nur weibliche Organe oder nur männliche. Bei Palmen hingegen ist sogar jeder Baum auf männlich oder weiblich festgelegt und trägt nur die entsprechenden Blüten.