Das Problem der Gasaustauschs

Die Cuticula verhindert einen Gasaustausch

Die Cuticula schützt die Pflanze zwar vor Wasserverlust, verhindert aber gleichzeitig den Austausch wichtiger Gase wie CO₂ und O₂. Jede Pflanze steht also vor dem unangenehmen Dilemma: Verhungern oder Verdursten (Austrocknen) ?.

Die meisten Pflanzen lösen das Problem durch den Einbau von Stomata (Spaltöffnungen) in die relativ dicke Cuticula. Spaltöffnungen treten zum ersten Mal vor ca. 420 Millionen Jahren in den Pflanzen auf ^[1].

Durchlüftung des Blattes

Es reicht aber nicht aus, wenn die Luft durch Spaltöffnungen in die Pflanze eintreten kann. In den Blättern muss das aufgenommene CO₂ auch an die photosynthetisch aktiven Zellen weitergereicht werden.

Querschnitt durch ein Laubblatt
Photo: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: Public domain.

Hier sehen wir einen Querschnitt durch ein typisches Laubblatt. Das Palisadengewebe ist einerseits für die mechanische Stabilität des Blattes mitverantwortlich, hauptsächlich ist es aber für die Photosynthese zuständig, wie man an den vielen Chloroplasten in den Zellen sehen kann.

Das Schwammgewebe ist auch photosynthetisch aktiv, vor allem aber dient es zur Durchlüftung des Blattes. Man bezeichnet das Schwammgewebe daher auch als Durchlüftungsgewebe. Die Interzellularen (die Räume zwischen den Zellen) sind im Schwammgewebe sehr groß; sie bilden im Blatt ein zusammenhängendes System. Dieses Interzellularsystem verursacht die Ausbildung großer innerer Oberflächen im Blatt, beim Trompetenbaum wurden 5100 m² gemessen (bei nur 390 m² äußerer Blattoberfläche).

Die Stomata verhindern im geschlossenen Zustand das Verdunsten von Wasser, gleichzeitig aber auch den Gasstoffwechsel. Im geöffneten Zustand kann CO₂ einströmen und O₂ ausströmen, aber gleichzeitig verliert die Pflanze aber auch Wasser.

Allerdings ist ein kontrollierter Wasserverlust durchaus sinnvoll. Denn durch die Abgabe von Wasser in den Blättern wird eine Art Wassersog erzeugt, der sich durch die Leitgefäße des Stängels bis in die Wurzeln fortsetzt. Dieser Transpirationsstrom hilft den Landpflanzen bei der Aufnahme von Wasser und Mineralstoffen aus dem Boden mit den Wurzeln.