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Wenn im Frühjahr die Tage länger und wärmer werden, öffnen Bäume und andere Pflanzen ihre Knospen und entfalten Blüten und Blätter. Wie erkennen sie, dass der richtige Zeitpunkt gekommen ist, ihre Winterruhe zu beenden?
Frederik schreibt an der WSL seine Doktorarbeit und möchte diese Frage mithilfe verschiedener Experimente beantworten. Er erklärt, dass er dafür zunächst das Ende der Wachstumsperiode beobachten muss, wenn sommergrüne Bäume in Regionen mit einer kalten und dunklen Jahreszeit ihre Blätter verlieren. Sie gehen in eine Ruhephase über, um sich vor Temperaturen im Minusbereich zu schützen. Damit die Bäume im Frühling zeitig blühen und wachsen können, bereiten sie die Knospen schon im Herbst vor. Diese verbrigen den Winter in einem langen «Kälteschlaf».
Frederik untersucht, was genau die Knospen aus dem «Kälteschlaf» weckt. Er erklärt: «Bisher ist bekannt, dass die Kombination aus Tageslänge und Temperatur entscheidend dafür ist. Die Zellen in den Knospen nehmen die wärmeren Temperaturen im Frühling wahr. Ausserdem erkennen sie, dass die Tage länger werden.» Dabei gibt es grosse Unterschiede zwischen den Baumarten. Während Obstbäume bereits Anfang April austreiben können, warten andere Arten wie der Ahorn und die Buche noch ungefähr einen Monat länger.
Es genügt aber nicht, dass es im Frühling einfach nur warm wird - sonst würden die Bäume bei einer vorübergehenden Wärmeperiode austreiben und bei erneuter Kälte erfrieren. Knospen beenden ihre Winterruhe erst, wenn sie über eine bestimmte Zeit Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt ausgesetzt waren. Das nennt man «chilling» (von Englisch: to chill = kühlen). Danach reagiert der Baum auf die warmen Frühlingstemperaturen und die Knospen öffnen sich. Bei welcher Temperatur das genau geschieht, ist noch unbekannt.
Wie funktioniert die Wahrnehmung in den Pflanzenzellen?
Sowohl warme Temperaturen als auch eine länger werdende Tageslänge setzen im Wachstumsgewebe von Pflanzen Prozesse in Gang, die zur Ausschüttung von Wachstumshormonen führen.
Frederik möchte herausfinden, wieviel Zeit bei welcher Temperatur die Knospen benötigen, um aus der Winterruhe geholt zu werden. Das untersucht er in einem Experiment, für das er und sein Forscherkollege Yann schon im letzten Herbst 2000 Zweige von sechs verschiedenen Baumarten abgeschnitten haben. Diese Zweige stehen seither in Wasser gefüllten Kisten in sieben Klimakammern, in denen Temperaturen zwischen -2 °C und 10 °C herrschen. Das simuliert das «chilling» für die Knospen. Nach einer gewissen Zeit kommen die Zweige dann in eine «Frühlingskammer» um die Pflanzen bei 20 °C zum Austreiben zu bewegen. Zwei Mal pro Woche notiert Frederik von allen Zweigen, wie weit sich ihre Knospen geöffnet und die Blätter entfaltet haben.
Er erwartet, dass ein "chilling" bei 4 °C die Knospenöffnung bei den meisten Baumarten auslöst. Ausserdem vermutet er, dass Bäume, die im Süden verbreitet und im Winter kaum kühlen Temperaturen ausgesetzt sind, ein kürzeres chilling brauchen als Baumarten, die bis hoch in den Norden vorkommen. Die Antwort wird er erfahren, wenn er alle Daten ausgewertet hat.
Den Winter überstehen die winzigen Blättchen unter den Knospenschuppen auch bei sehr niedrigen Temperaturen. Gefährlich wird es für sie erst, wenn nach einer frostfreien Zeit die Knospen schon aufgesprungen sind und die Temperatur wieder unter 0 °C sinkt. Dann erfrieren die jungen und noch empfindlichen Blätter. Diese Spätfrostgefahr ist besonders in klaren Frühlingsnächten hoch.