Rośliny potrzebują zimy. Niestety w Polsce będzie o nią coraz trudniej

95 proc. roślin z naszego najbliższego otoczenia, przy odpowiednich warunkach, wytrzymuje spadki temperatury do -15 stopni Celsjusza. Zdarza się, że i mocniejsze mrozy im nie szkodzą. Powolne ochłodzenie trwające tygodniami pozwala roślinom przystosować się do zimna.

Sygnałem do rozpoczęcia przygotowań do jesienno-zimowego spoczynku są chłodniejsze noce. Rośliny dosłownie rewolucjonizują swój metabolizm. Tworzą coraz mniej chlorofilu, magazynują wodę, gromadzą materiały zapasowe i kończą dojrzewanie owoców i nasion. 

Pierwszy sygnał biochemiczny pojawia się, kiedy temperatura nocą spada w ciągu jednej godziny o jeden stopień. Taki stan, najlepszy dla roślin, powinien trwać przez kilka tygodni. Wszystko dzieje się powoli, systematycznie, bez zaskoczenia z wykorzystaniem informacji zebranych w minionych latach i zakodowanych w komórkach roślin. 

Kolejne spadki temperatur, do 2 stopni Celsjusza na godzinę, wymuszą w roślinach uaktywnienie szeregu szlaków biochemicznych zapewniających im ochronę przez przechłodzeniem i następnie przed przemarznięciem. W warunkach stresowych wywołanych zimnem, z którym rośliny miały już do czynienia w minionych sezonach, może działać około 1000 różnego rodzaju związków zabezpieczających je przed mrozem. 

Sygnał, czyli mróz, uaktywnia odpowiednie receptory, które uruchamiają lub wzmagają produkcję tak zwanych substancji przeciwmrozowych bogatych w aminokwasy. Duże znaczenie w tym procesie odgrywają cukry proste, takie jak glukoza, azotany i potas. Istotne w przygotowaniu się do zimy ma światło, a dokładnie kąt jego padania na rośliny. Sygnał świetlny wzbudza między innymi konieczność przebarwiania liści i najczęściej pozbywania się ich.

Co się jednak dzieje, kiedy ten cały złożony system funkcjonujący na podstawie tysięcy i milionów reakcji biochemicznych ulega zachwianiu? Wystarczy brak śniegu przy słabym mrozie, a rośliny (w szczególności wieloletnie) zaczynają tracić równowagę, która dla wielu z nich może zakończyć się tragicznie. Skutki nie muszą być widoczne od razu wczesną wiosną. Zdarza się, że nagle w maju lub czerwcu usycha drzewo lub krzew, pomimo tego, że wypuściło liście. Niestety. Tak roślina w swojej pamięci nie miała zapisanego schematu co powinna robić, kiedy stres pogodowy dopadł ją z zaskoczenia. Starała się ratować wypuszczając młode liście. W rezultacie nie daje rady, wyeksploatowuje się metabolicznie i usycha.

Jesteśmy przyzwyczajeni, że pamięć towarzyszy tylko zwierzętom z wysoko uorganizowanym mózgiem. Badania dowiodły jednak, że pamięć nie jest zarezerwowana tyko dla fauny. Wielu osobom może wydawać się to zaskakujące lub wręcz absurdalne, ale rośliny też mają pamięć, pomimo że nie mają mózgów. 

I co ciekawe, mechanizmy odpowiadające za ten proces w świecie roślin naczyniowych i zwierząt wyższych są podobne. Wszystko dzieje się na drodze przemian chemicznych z wytwarzaniem impulsów elektrycznych. W 2021 roku badacze z Uniwersytetu w Pelotas w Brazylii, badając pomidory, dowiedli, że w warunkach stresowych wytwarzają one impulsy elektryczne, które są przesyłane na cały organizm. 

Co prawda aktywność elektryczna jest 200 razy wolniejsza niż w neuronach mózgów ludzi, jednak jest ona na tyle skuteczna, że roślina szybciej reaguje w porównaniu z ciągiem reakcji chemicznymi zachodzącymi w jej komórkach i wywołanymi tym samym czynnikiem stresującym. Dzięki takiej biochemii rośliny dysponują pamięcią krótko- i długotrwałą, indywidualną oraz zbiorową. 

Pamięć krótkotrwała jest pamięcią codzienną, pozwalającą reagować szybko, jeśli dany czynnik pojawi ponownie w najbliższym czasie. Buduje ona również pamięć długą, która jest przechowywana w nasionach i przekazywana kolejnym pokoleniom. Dzięki temu roślina z łatwością na podstawie zakodowanych informacji uruchomia lub wyłącza dany szlak metaboliczny w chwili działania określonego bodźca. Rośliny wiedzą, jak reagować na ochłodzenie, padający śnieg lub mróz. Pamięć zapisuje nie tylko samą reakcję, ale również czas, w którym dochodzi do jej wzbudzenia. 

Problem pojawia się wtedy, kiedy bodźce, jakich doświadczyły w przeszłości rośliny nie pojawiają się w określonej części roku lub działają nagle w tempie, którego nie znają. Zmiany klimatu zmieniają dotychczas znany roślinom model pogody wraz z anomaliami. Dotychczas zaprogramowany metabolizm zaczyna się nie sprawdzać. Wydłużenie okresu ciepłego, a tym samym skrócenie spoczynku zimowego, osłabia w szczególności rośliny zdrewniałe oraz zmniejsza żywotność nasion.

Jesion wyniosły, trzemielina europejska oraz czereśnia ptasia potrzebują zimna dla swoich nasion trwającego 3-4 miesiące. To zimo to temperatura poniżej 0 stopni Celsjusza, zarówno w dzień jak i w nocy. Ciepło włącza w zarodkach nasion mechanizmy metaboliczne, które wywołują w nich zmiany genetyczne oraz prowadzą do wyeksploatowania energetycznego. Wiosną, niestety, takie nasiona nie kiełkują lub kiełkują słabo.

Jarowizacja zwana inaczej wernalizacją to proces, w którym roślina poddawana jest działaniu niskich temperatur by mogły w pełni i wydajnie funkcjonować od wiosny kolejnego sezonu. Zachodzi ona w temperaturze od -10 do -5 stopni Celsjusza (wybrane rośliny wymagają temperatury bliskiej 0). Ten czas "uśpienia" pozwala roślinom rozróżniać pory roku. Skutek braku jarowizacji lub jej zbyt krótki czas skutkuje ogromnym dramatem w świecie przyrody. Brak rozpoznania wiosny przez rośliny i nie wytworzenie kwiatów w odpowiednim czasie prowadzi do zubożenia gatunkowego i ilościowego w świecie owadów zapylających. Pszczoły, pszczolinki i trzmiele wraz z wiosennym przebudzeniem potrzebują dużych ilości nektaru, którego nie ma lub brakuje dla wszystkich. One po prostu nie mają co jeść i giną z głodu.

Dla większości z nas zima kojarzy się z mrozem. O śniegu mówimy rzadziej. A to właśnie on jest podstawą utrzymania równowagi biologicznej w chłodnym okresie naszej strefy klimatycznej. Jest rezerwuarem wody i ochroną termiczną przed silnymi mrozami oraz ostrymi promieniami słońca. Śnieg i lód, wraz z wiosennym ociepleniem, roztapiają się i woda powoli wsiąka w głąb gleby. Zmiany klimatu zmieniają ten schemat. Polska gospodarka wodami opadowymi uległa zachwianiu. Deficyt wody w gruncie stale się pogłębia przez brak dotychczasowych, systematycznych opadów. 

Zasoby śniegu, tak ważne dla świata przyrody są coraz mniejsze, a wiosenne roztopy o ile występują, zdecydowanie częściej skutkują spływem powierzchniowym niż przenikaniem wody w głąb profilu glebowego. Wiosenny brak wody dla wielu roślin okazuje się problemem nie do pokonania. Między innymi kasztanowiec pospolity i rzepak wraz z rozpoczęciem wegetacji potrzebują jej dużo więcej niż np. klon zwyczajny, brzoza brodawkowata lub świerk pospolity. Spragnione nie są w stanie prowadzić w pełni wydajnych procesów biologicznych, co skutkuje ich słabszym wzrostem i mniejszą odpornością na różnego rodzaju choroby i szkodniki. 

Śnieg to również ochrona przed mrozem i wiatrem. Temperatura pod pokrywą śnieżną jest średnio o dwa stopnie wyższa niż na powierzchni. Różnica może wydawać się mała, ale czasami taka różnica jest temperaturą zapewniającą ochronę przed zmarznięciem. Ponadto pod śniegiem spadki temperatur zachodzą wolniej, przez co rośliny są w stanie przygotować się na silny mróz lub odwilż. Warto również wspomnieć, że pokrywa śnieżna zabezpiecza rośliny przed uszkodzeniami wywoływanymi przez promienie słoneczne. Ostre, zimowe słońce zbyt szybko nagrzewa tkanki roślin w krótkim czasie przez co nie są one w stanie zaadaptować się do nagle przychodzącego ochłodzenia. Tkanki pękają i stają się miejscem wnikania wielu groźnych fitopatogenów.

Dla wielu organizmów im cieplej, tym lepiej. Niestety większość z nich nazywamy szkodnikami lub zostały zaklasyfikowane jako gatunki inwazyjne. Brak dawnych zim i ich skutek w postaci nadmiarowego ciepła sprzyja mszycom, ćmie bukszpanowej oraz różnym gatunkom motyli zaliczanych do rodziny kibitnikowatych. Te ostatnie są ogólnie znane, w szczególności szrotówek kasztanowcowiaczek, corocznie niszczący nasze kasztanowce pospolite. Ponadto, jego bliscy kuzyni, tacy jak: szrotówek robiniaczek i szrotówek lipowiaczek coraz intensywniej niszczą robinie akacjowe i lipy drobnolistne. 

Zauważono również, że brak długotrwałego chłodu sprzyja wielu owadom w poszerzaniu swojej bazy pokarmowej, co do tej pory się nie zdarzało. Mszyca grochowa, spotykana na roślinach bobowatych (dawniej nazywanych motylkowatymi), coraz częściej spotykana jest na roślinach kapustowatych i psiankowatych, w tym między innymi na pomidorach i ziemniakach. Pojawiają się również pierwsze informacje, że ta mszyca w okresach wzmożonego głodu, krótkotrwale żeruje na klonach zwyczajnych i lipie drobnolistnej. Tendencja ta obserwowana jest na całym świecie i jest potencjalnie groźna ze względu na fakt, że mszyce przenoszą wirusy roślinne w tym te, które atakują szybko i wyniszczają zupełnie.

Brak zim w warunkach polskich to również szybki i dynamiczny rozwój ślinika luzytańskiego, ślimaka bez muszli, który zagraża nie tylko uprawom ogrodniczym i rolnym. Silnie konkuruje o pokarm z naszymi, rodzimymi ślimakami przez co dotychczasowa równowaga biologiczna uległa rozchwianiu i jest bardzo groźna dla zachowania bioróżnorodności.

Łagodne zimy są wprost idealne dla wielu chorób roślin, w tym tych o znaczeniu gospodarczym. W naturze obserwuje się znaczny wzrost fitopatogenów odpowiadających za rozwój fytoftorozy, atakującej zarówno rośliny zielne jak i te o zdrewniałych tkankach. Uszkodzone miejsca w obrębie drzew i krzewów między innymi przez zbyt szybkie zamarzanie i rozmarzanie, są idealne do wnikania przez ten patogen. Z upływem czasu chore drzewo słabnie, jego tkanki stają się miękkie i nie wytrzymuje ono siły wiatru, która do tej pory nie stanowiła problemu. 

Brak mrozów na poziomie -15 stopni i silniejszych sprzyja atakowaniu roślin przez grzyby powodujące rozwój mączniaka na liściach. Wieloletni i intensywny rozwój tej choroby, nie pozwala roślinom na pełne prowadzenie fotosyntezy, a tym samym roślina nie jest w stanie zgromadzić wystarczającej ilości materiałów zapasowych, między innymi niezbędnych podczas spoczynku zimowego. Osłabione rośliny, np. drzewa są zdecydowanie podatniejsze na rozwój groźnych dla nich chorób, w tym nazywanych rakami drzew.

Może brak mrozów ekonomicznie dla wielu z nas jest korzystny - zaoszczędzimy na ogrzewaniu. Jednak dla przyrody i dla wielu producentów żywności jest wielkim problemem, z którym będziemy się mierzyli w nadchodzących latach.