Królestwo roślin

Czym jest roślina?

Poproś dziecko, by narysowało roślinę, a dostaniesz łodygę, dwa liście i kwiat. Botanik potrzebuje więcej czasu, bo słowo musi objąć zarówno mech wielkości paznokcia, jak i sekwoję olbrzymią, a przy tym wykluczyć grzyby, wodorosty i koralowce. Współczesna definicja opiera się na jednym pradawnym zdarzeniu. Około 1,5 miliarda lat temu (botanicy wciąż spierają się o datę) pewna jednokomórkowa istota pochłonęła sinicę i zamiast ją strawić, zatrzymała ją. Ten jeniec stał się chloroplastem, a każdy potomek tamtej komórki należy do grupy zwanej dziś Archaeplastida: glaukofitów, krasnorostów i zielonej linii, która biegnie od rzęsy na stawie po dąb.

W obrębie tej zielonej linii mieszczą się rośliny lądowe, czyli Embryophyta, nazwane tak dlatego, że chronią zarodek w tkankach rodzica. Łączy je wspólny zestaw: komórki otoczone ścianą z celulozy, sztywnego polimeru glukozy; wielka wypełniona wodą wakuola, która utrzymuje komórkę w jędrności; cykl życiowy z przemianą dwóch pokoleń; oraz zestaw barwników zbudowany wokół chlorofilu a i b. Przy tej definicji królestwo obejmuje mchy, wątrobowce, glewiki, paprocie, iglaste i rośliny kwiatowe. Raport Kew State of the World's Plants naliczył w 2016 roku około 391 000 nazwanych gatunków roślin naczyniowych, a liczba ta rośnie o mniej więcej 2 000 rocznie.

Skąd to wiemy, zapisane jest w komórce. Pod mikroskopem elektronowym chloroplast ukazuje dwie błony, z których wewnętrzna wciąż jest zbudowana jak otoczka bakteryjna, a w środku tkwi mały kolisty genom, którego geny czyta się jak geny żyjących sinic. W 1905 roku rosyjski botanik Konstantin Mereżkowski odgadł, że chloroplasty żyły kiedyś na wolności; sekwencjonowanie DNA w latach 70. przyznało mu rację. Glaukofit Cyanophora paradoxa, słodkowodny glon, zachowuje nawet cienką bakteryjną ścianę wokół swoich chloroplastów, pamiątkę po pierwotnym schwytaniu.

Granice królestwa nie przebiegają tam, gdzie sądzi większość ludzi. Grzyby nie są roślinami: ich ściany zbudowane są z chityny, tworzywa pancerzy owadów, odżywiają się przez wchłanianie, a na drzewie życia siedzą obok zwierząt. Brunatny kelp z kalifornijskich lasów podwodnych, Macrocystis pyrifera, to stramenopil, który zdobył chloroplasty z drugiej ręki, od krasnorostu, więc większość botaników zostawia go za progiem. Koralowiec to zwierzę z glonami na kwaterze. Za to mech na szkockim murze, rzęsa na tajskim stawie i baobab z Madagaskaru są pełnoprawnymi obywatelami.

Czy wiesz, że gdy Linneusz podzielił przyrodę w 1735 roku na trzy królestwa, jedno z nich nazwał Regnum Vegetabile, a „roślinne” znaczyło po prostu „wszystko, co jest rośliną”, więc osiemnastowieczny przyrodnik mógł bez cienia ironii nazwać dąb warzywem?

Definicja ma znaczenie, bo rośliny są gospodarką biosfery. Rośliny lądowe magazynują około 450 miliardów ton węgla, mniej więcej 80 procent całej żywej biomasy Ziemi, a niemal każda kaloria zjedzona przez zwierzę została najpierw związana przez zieloną komórkę. Właściwie wytyczona granica mówi nam, które organizmy dzielą dziedzictwo tamtej pierwszej schwytanej bakterii, i to dziedzictwo bada ta książka. Roślina to w gruncie rzeczy komórka, która złapała Słońce i nigdy go nie puściła.

Komórka roślinna

W 1665 roku Robert Hooke położył pod mikroskopem skrawek korka i zobaczył, jak napisał w Micrographii, „wielką liczbę małych skrzyneczek”. Przypominały mu cele mnichów, nazwał je więc komórkami. Patrzył w istocie na martwe, puste ściany tkanki kory i wyliczył, że cal sześcienny korka mieści ich ponad 1 200 milionów. Słowo zostało, a wraz z nim to, co zauważył, nie rozumiejąc: komórkę roślinną definiuje przede wszystkim jej ściana.

Ściana komórkowa zbudowana jest z celulozy, łańcuchów glukozy zwiniętych w mikrofibryle mocniejsze, waga za wagę, od stali i sklejonych pektyną oraz hemicelulozą. Wewnątrz ściany leży żywa komórka: błona, cytoplazma, jądro, mitochondria i dwa organella, które czynią komórkę roślinną niepodobną do żadnej innej. Chloroplasty zamieniają światło w cukier. Wakuola centralna, pęcherz wodnistego soku, może wypełniać 90 procent dojrzałej komórki i dociskać cytoplazmę cienką warstwą do ściany. To ciśnienie, zwane turgorem, utrzymuje liść sałaty w chrupkości; typowe wartości od 0,5 do 1 megapaskala kilkakrotnie przewyższają ciśnienie w oponie samochodowej. Gdy wakuola traci wodę, komórka wiotczeje, i na tym właśnie polega więdnięcie.

Komórki roślinne są też połączone w sposób, jakiego komórki zwierzęce nie znają. Drobne kanaliki zwane plazmodesmami, nazwane tak przez Eduarda Strasburgera w 1901 roku, przebijają ściany i łączą cytoplazmę sąsiada z sąsiadem, więc liść jest poniekąd jedną ciągłą przestrzenią życia podzieloną celulozą. Wędrują nimi cukry, hormony, a nawet genomy wirusów.

Wiedzę tę zawdzięczamy w dużej mierze Matthiasowi Schleidenowi, który w 1838 roku dowodził, że każda roślina zbudowana jest z komórek i każda jej część z nich wyrasta; jego przyjaciel Theodor Schwann rok później rozciągnął tę tezę na zwierzęta i narodziła się teoria komórkowa. Współczesne dowody pochodzą z mikroskopu elektronowego i od komórek olbrzymów na tyle uprzejmych, by dać się badać: komórki międzywęźli stawowego glonu Chara mają po kilka centymetrów, więc fizjolodzy mogli wbijać w nie mikroelektrody i mierzyć turgor wprost. Włókno bawełny to pojedyncza komórka długości dwóch, trzech centymetrów; włókna ramii, Boehmeria nivea, są jeszcze dłuższe.

Czy wiesz, że celuloza jest najobficiej występującym polimerem organicznym na Ziemi, a rośliny wytwarzają jej grubo ponad sto miliardów ton rocznie, dość, by kilka razy odbudować wszystkie budynki planety?

Budowa komórki roślinnej tłumaczy sposób życia rośliny. Ściana oznacza brak pełzania, połykania i mięśni, więc rośliny zamiast się przemieszczać, rosną, pobierając wodę, światło i powietrze całą powierzchnią. Wakuola pozwala komórce stać się dużą i tanią, napompowaną wodą zamiast wypełnioną kosztownym białkiem, dlatego drzewo może być ogromne, a i tak składać się głównie z powietrza i soku. Skrzyneczki Hooke'a okazały się architekturą niemal wszystkiego, co na Ziemi zielone.

Chloroplast

Każda zielona komórka nosi w sobie kolonię dawnych bakterii. Chloroplast to soczewkowate ciałko długości pięciu do dziesięciu mikrometrów, ograniczone dwiema błonami; pojedyncza komórka miękiszu liścia szpinaku może ich mieścić nawet sto. W środku trzeci system błon fałduje się w spłaszczone woreczki, tylakoidy, ułożone jak monety w stosy zwane granami; to na nich siedzi chlorofil i tam biegną reakcje świetlne fotosyntezy. Otaczający je płyn, stroma, to miejsce, gdzie dwutlenek węgla zamienia się w cukier.

Dziwne w chloroplastach jest to, że nie całkiem należą do komórki. Mają własny mały kolisty genom, około 120 do 160 tysięcy par zasad i jakieś 120 genów; część własnych białek wytwarzają na rybosomach typu bakteryjnego; a rozmnażają się przez przewężenie na pół, przy użyciu pierścienia FtsZ, jak dzieląca się bakteria. Komórka nie potrafi zbudować chloroplastu od zera, może go tylko odziedziczyć.

Dokładnie to zaproponował Konstantin Mereżkowski w 1905 roku: zielone ciałka roślin były niegdyś wolno żyjącymi sinicami, przyjętymi przez bezbarwnego gospodarza. Z pomysłu kpiono przez sześćdziesiąt lat. W 1967 roku Lynn Margulis, publikująca wówczas jako Lynn Sagan, wskrzesiła go w artykule, który według jej relacji odrzuciło kilkanaście czasopism, a w latach 70. sekwencjonowanie rybosomowego RNA chloroplastów, między innymi przez Lindę Bonen i W. Forda Doolittle'a, wykazało, że pasuje ono do sinic o wiele lepiej niż do jądra rośliny. W 1986 roku zespoły z Japonii opublikowały kompletne genomy chloroplastów tytoniu i wątrobowca Marchantia i sprawa została zamknięta. Schwytanie, endosymbioza pierwotna, zdarzyło się raz, około 1,5 miliarda lat temu, i dało początek wszystkim krasnorostom, zielenicom i roślinom lądowym.

Chloroplasty są też zaskakująco ruchliwe. W słabym świetle rozkładają się u szczytu komórki, by łapać fotony; w silnym zsuwają się do ścian bocznych, by uniknąć uszkodzeń. Reakcję tę opisał w 1908 roku Gustav Senn, a w 2001 roku powiązano ją z receptorem światła niebieskiego, fototropiną 2. Gdzie indziej historia się powtórzyła: słodkowodna ameba Paulinella chromatophora schwytała własną sinicę jakieś sto milionów lat temu i wciąż ją oswaja, a ślimak morski Elysia chlorotica kradnie chloroplasty zjadanemu glonowi i przez miesiące każe im fotosyntetyzować.

Czy wiesz, że większość genów chloroplastu przeniosła się z biegiem epok do jądra rośliny, a współczesny chloroplast importuje ponad 2 000 białek, których sam już nie umie wytworzyć?

Oznacza to, że królestwo roślin jest raczej spółką niż rodem. Siniczne pochodzenie chloroplastu tłumaczy, czemu herbicydy blokujące rybosomy typu bakteryjnego szkodzą roślinom, czemu DNA plastydów jest ulubionym kodem kreskowym botaników przy oznaczaniu gatunków i czemu liść wygląda pod mikroskopem jak miasto bakterii w niewoli, odrabiających pracę Słońca. Każda roślina jest w gruncie rzeczy udanym porwaniem.

Dlaczego rośliny są zielone

Zieleń liścia to światło, które on odrzuca. Chlorofil a, barwnik w sercu fotosyntezy każdej rośliny, silnie pochłania błękit około 430 nanometrów i czerwień około 660; chlorofil b, jego pomocnik, wypełnia luki przy 450 i 640. Między nimi leży zielono-żółta część widma, od mniej więcej 500 do 570 nanometrów, którą barwniki w większości przepuszczają albo odbijają. Do oka dociera reszta. Liść jest zielony z tego samego powodu, dla którego czerwone drzwi są czerwone: to barwa, której nie zatrzymuje.

Elegancko pokazał to w 1883 roku Theodor Engelmann, który położył nić glonu Spirogyra pod maleńkim widmem rzuconym przez pryzmat i dodał bakterie łaknące tlenu. Bakterie stłoczyły się przy pasmach czerwonym i niebieskim, gdzie wydzielał się tlen, a zieleń zignorowały. Dwadzieścia lat później, w 1903 roku, rosyjski botanik Michaił Cwiet roztarł liście, przelał wyciąg przez kolumnę kredy i patrzył, jak rozdziela się na zielone i żółte pasma. Metodę nazwał chromatografią, pisaniem barwą, i pozostaje ona podstawowym narzędziem chemika.

Chlorofil ma towarzystwo. Karotenoidy, takie jak beta-karoten i luteina, pochłaniają światło niebieskie i niebieskozielone, przekazują energię chlorofilowi i wchłaniają nadmiar światła, który inaczej wyrządzałby szkody; są żółte i pomarańczowe, i zawsze obecne. Jesienią, gdy drzewo zrzucające liście wycofuje z nich azot i demontuje chlorofil, karotenoidy po prostu wychodzą na jaw, dlatego brzoza żółknie. Czerwienie to co innego. Antocyjany powstają na nowo w obumierającym liściu, pewnym kosztem dla drzewa, a botanicy wciąż spierają się, po co; wiodąca hipoteza mówi, że osłaniają maszynerię liścia, gdy trwa odzysk składników. Klon czerwony, Acer rubrum, w Nowej Anglii i japońskie klony z Kioto robią to spektakularnie; większość drzew Europy, uboższej w gatunki o czerwonych liściach, ledwie się stara.

Nie każdy fotosyntetyzujący organizm wybrał zieleń. Krasnorosty niosą fikoerytrynę, która pochłania zielone światło marnowane przez chlorofil, a właśnie zieleń sięga najgłębiej w czystej wodzie morskiej, bo czerwień ginie w pierwszych dziesięciu metrach, a błękit się rozprasza. Dlatego najgłębiej żyjący organizm fotosyntetyzujący, jaki kiedykolwiek znaleziono, skorupiasty krasnorost odkryty u wybrzeży Bahamów w 1984 roku na głębokości 268 metrów, jest czerwony. Pstre liście, biało chlapane hosty i figowce z centrów ogrodniczych, to przeważnie chimery, w których część komórek w ogóle straciła zdolność wytwarzania chlorofilu.

Czy wiesz, że nikt nie jest pewien, czemu rośliny rezygnują z zielonego światła, przypadającego na szczyt promieniowania Słońca, a niektórzy badacze przypuszczają, że pierwsi fotosyntetycy wyewoluowali pod warstwą purpurowych mikrobów, które zieleń już zajęły?

Barwa królestwa jest więc zapisem wyborów dokonanych miliardy lat temu i nigdy niezrewidowanych. Satelity odczytują ją dziś z orbity, mierząc „czerwoną krawędź”, gdzie liście przestają pochłaniać, a zaczynają odbijać, by mapować pory wegetacji na całej planecie. Zieleń nie jest tym, czym rośliny są; jest tym, co nam zostawiają.

Rekordziści królestwa

Najmniejsza roślina kwiatowa Ziemi przeszłaby przez ucho igielne. Wolffia, bezkorzeniowa rzęsa ze stojących wód od Australii po Amazonię, to zielony pyłek krótszy niż milimetr, ważący około jednej dziesiątej miligrama; jej kwiat, jeden pręcik i jedno znamię bez płatków, siedzi w dołku na górnej powierzchni. Na drugim końcu skali pasożyt Rafflesia arnoldii z Sumatry i Borneo otwiera pojedynczy rdzawy kwiat średnicy do metra, ważący siedem kilogramów lub więcej i cuchnący padliną, by zwabić zapylające go muchy. Joseph Arnold i Stamford Raffles znaleźli pierwszy okaz w 1818 roku. Roślina nie ma własnych liści, łodyg ani korzeni; żyje jako nitki wewnątrz dżunglowej liany i pojawia się tylko po to, by zakwitnąć.

Wysokość to osobny konkurs. Dziwidło olbrzymie, Amorphophallus titanum, również z Sumatry, wypycha kwiatostan wysokości około trzech metrów, największy nierozgałęziony kwiatostan, jaki znamy, i podgrzewa go, by roznieść smród, który ogrody botaniczne od Kew po Bonn ogłaszają barierkami do kolejek. Technicznie to setki małych kwiatów na jednej łodydze, więc rekord pojedynczego kwiatu należy do Rafflesia.

Największa roślina ze wszystkich jest niemal niewidoczna. W Zatoce Rekina w Australii Zachodniej łąka trawy morskiej Posidonia australis ciągnąca się na około 180 kilometrów okazała się w 2022 roku, dzięki próbkom genetycznym, jednym klonem, liczącym zapewne około 4 500 lat i rozrastającym się rozłogami o kilka centymetrów rocznie, odkąd zatoka została zalana. Najgłębsze korzenie ma drzewo pasterzy, Boscia albitrunca z Kalahari, opisane w 1974 roku jako sięgające 68 metrów w głąb wyrobiska kopalni w południowoafrykańskiej Prowincji Przylądkowej Północnej. Najszybciej rośnie bambus: u niektórych gatunków Phyllostachys zmierzono przyrost 91 centymetrów w jeden dzień.

Botanicy znają te liczby, bo ktoś je zmierzył, zwykle taśmą, wagą i cierpliwością. Rekord posidonii wymagał 18 000 markerów genetycznych z próbek z całej zatoki; dane o rzęsie pochodzą z roślin hodowanych w kolbach laboratoryjnych, gdzie Wolffia jest dziś badana jako potencjalna uprawa białkowa. Niektóre rekordy dotyczą kamuflażu, nie rozmiaru. Żywe kamienie, Lithops, z Namibii i RPA to para nabrzmiałych liści udających otaczające je kamyki, z przezroczystym okienkiem na szczycie, które przepuszcza światło do tkanki fotosyntetyzującej ukrytej w glebie; William Burchell opisał pierwszy w 1811 roku, podniósłszy coś, co uważał za dziwnie ukształtowany kamień.

Czy wiesz, że wiktoria królewska, Victoria amazonica, rozwija liście średnicy do trzech metrów, użebrowane od spodu jak kratownica mostu, a Joseph Paxton, który pierwszy doprowadził ją do kwitnienia w Wielkiej Brytanii, twierdził, że to jej liść natchnął go do Pałacu Kryształowego z 1851 roku?

Rekordy to sposób, w jaki królestwo pokazuje, na co stać jego plan budowy. Uwolniona od potrzeby ruchu roślina może być pyłkiem, metrowej szerokości przynętą na padlinożerców, klonalną łąką starszą od piramid albo drzewem pijącym z dna kopalni. Każdy rekord to granica, którą ewolucja znalazła, a potem gdzieś po cichu sprawdziła.

Nazywanie roślin

Każda roślina z nazwą naukową zawdzięcza ją jednej książce. 1 maja 1753 roku Karol Linneusz wydał Species Plantarum, dwa tomy opisujące około 5 900 gatunków, a na marginesach zrobił coś, co uważał za udogodnienie: obok każdej długiej nazwy opisowej wpisał jedno słowo, „nazwę trywialną”. W połączeniu z rodzajem dawało to dwuwyrazową etykietę: Quercus robur, Zea mays, Rosa canina. Binom okazał się tak poręczny, że botanicy przyjęli go powszechnie i wyznaczyli rok 1753 jako linię startu: żadna nazwa rośliny opublikowana wcześniej się nie liczy. Własny system Linneusza, klasyfikujący rośliny według liczby pręcików i słupków, porzucono w ciągu stulecia, ale jego nazwy zostały.

Reguły spisane są dziś w Międzynarodowym Kodeksie Nomenklatury glonów, grzybów i roślin, rewidowanym co sześć lat na Międzynarodowym Kongresie Botanicznym, ostatnio w Madrycie w 2024 roku. Jego naczelna zasada to pierwszeństwo: wygrywa najwcześniejsza ważnie opublikowana nazwa. Jego kotwicą jest okaz typowy, pojedynczy arkusz zielnikowy, wybrany przy opisie gatunku, z którym nazwa jest związana na zawsze. Zielnik samego Linneusza, kupiony w 1784 roku przez młodego Anglika Jamesa Edwarda Smitha i przechowywany dziś w skarbcu Linnean Society w Londynie, mieści typy tysięcy najpospolitszych roślin świata.

Nazwy mówią, z kim roślina jest spokrewniona, dlatego się zmieniają. Przez dwa stulecia rodziny definiowano według budowy kwiatu; od 1998 roku Angiosperm Phylogeny Group, międzynarodowy kolektyw botaników, rysuje je na nowo na podstawie DNA. Jego czwarty system, APG IV z 2016 roku, uznaje 416 rodzin i 64 rzędy roślin okrytonasiennych i przesunął kilku starych znajomych: rodzina liliowatych straciła większość członków, a trędownikowate rozbito i rozproszono. Najostrzejszy spór o nazwy ostatnich dziesięcioleci dotyczył rodzaju Acacia. Gdy DNA pokazało, że trzeba go podzielić, kongres wiedeński w 2005 roku pozwolił mniej więcej tysiącowi australijskich akacji zachować nazwę, więc afrykańskie drzewa cierniste stały się Vachellia i Senegalia.

Nazwy zwyczajowe są pogodne, lokalne i często mylne. „Mech hiszpański”, Tillandsia usneoides, zwisający z dębów Luizjany, nie jest ani hiszpański, ani mchem, lecz bromeliowatym, kuzynem ananasa. Daglezja, wielkie drzewo użytkowe północno-zachodniego Pacyfiku, zwana po angielsku „jodłą Douglasa”, jodłą nie jest; jej nazwa Pseudotsuga menziesii znaczy „fałszywa choina” i czci Archibalda Menziesa, a nazwa zwyczajowa Davida Douglasa, który w 1827 roku posłał jej nasiona do Wielkiej Brytanii. Topinambur to słonecznik z Ameryki Północnej.

Czy wiesz, że nazwa naukowa musi być niepowtarzalna w obrębie królestwa roślin, ale botanika i zoologia prowadzą osobne listy, więc Pieris to zarazem krzew i motyl, a Morus to i morwa, i głuptak?

Nazwy są indeksem całej reszty naszej wiedzy. Bank nasion, firma farmaceutyczna i celnik muszą mieć pewność, że roślina w paczce jest tą z rejestru, a binom, ze swoim arkuszem typowym i regułami, jest nicią, która tę pewność umożliwia. Marginesowe udogodnienie Linneusza stało się jedyną rzeczą, co do której zgadzają się wszyscy botanicy świata.

Zielnik

Zielnik to biblioteka, w której książkami są rośliny. Każdy okaz to roślina lub jej fragment, sprasowana, wysuszona i przyklejona lub przyszyta do sztywnego arkusza papieru, z etykietą mówiącą, kto ją zebrał, gdzie i kiedy. Pomysł przypisuje się zwykle Luce Ghiniemu, profesorowi botaniki w Bolonii, a potem w Pizie, który w latach 40. XVI wieku uczył studentów prasować rośliny, by można je było badać poza sezonem. Jego własny zbiór przepadł, ale zbiory jego kręgu przetrwały: hortus siccus Gherarda Cibo, zaczęty około 1532 roku, i tomy Ulissego Aldrovandiego w Bolonii należą do najstarszych na świecie.

Wysuszona roślina trwa niemal bez końca. Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu przechowuje około 8 milionów arkuszy, największy zielnik Ziemi; Królewskie Ogrody Botaniczne w Kew około 7 milionów; Nowy Jork, Petersburg, Genewa, Missouri i Lejda liczą swoje w milionach. Index Herbariorum, światowy rejestr, wymienia około 3 500 kolekcji mieszczących łącznie blisko 400 milionów okazów. Kryją się wśród nich skarby. Cambridge przechowuje rośliny zebrane przez Karola Darwina na Beagle, w tym okazy z Galapagos z 1835 roku, które John Stevens Henslow błagał go opisywać wyspa po wyspie; ich różnice między wyspami zasiliły później jego myślenie.

Najcenniejsze arkusze to typy, pojedyncze okazy, do których przytwierdzone są nazwy naukowe. Gdy botanik podejrzewa nowy gatunek, pierwszym zadaniem jest sprawdzenie typów, dlatego zielniki wypożyczają sobie arkusze tysiącami, a Muzeum Historii Naturalnej w Londynie wciąż strzeże 265 oprawnych tomów Hansa Sloane'a z lat 90. XVII wieku, fundamentu swojej kolekcji.

Od pierwszej dekady XXI wieku arkusze są fotografowane. Paryż zdigitalizował całą kolekcję w latach 2008–2012, a portale obrazów gromadzą dziś setki milionów rekordów, więc botanik w Nairobi może przeczytać etykietę napisaną w Limie w 1802 roku. To uczyniło z zielników przyrządy do mierzenia zmian. W 1987 roku Ian Woodward porównał liście ośmiu gatunków drzew strefy umiarkowanej zebrane na przestrzeni 200 lat i stwierdził, że gęstość ich aparatów szparkowych spadła o 40 procent, w miarę jak rósł dwutlenek węgla w atmosferze. Zespół Richarda Primacka w Massachusetts zestawił daty kwitnienia ze starych arkuszy z notatnikami Henry'ego Thoreau z Concord i wykazał, że wiosna przychodzi dziś o całe tygodnie wcześniej niż w latach 50. XIX wieku. Arkusze zapisują, gdzie roślina kiedyś rosła, a już nie rośnie, jakie nasiona przywiozła wyprawa i jakie chrząszcze dziurawiły liście.

Czy wiesz, że z okazów zebranych przez uczniów Linneusza w latach 50. XVIII wieku, przez Josepha Banksa na Endeavour w 1770 roku i przez Alexandra von Humboldta w Andach w 1802 roku wciąż można pobrać DNA?

Sprasowana roślina to fakt, który da się sprawdzić. Fotografie blakną, a opisy mylą, ale arkusz datowany i zlokalizowany ręką tego, kto go zebrał, jest dowodem, jakiego historia rzadko nam zostawia. Zielnik to miejsce, gdzie botanika trzyma swoje rachunki.

Ile jest roślin?

Nikt nie wie, ile jest rodzajów roślin, ale botanicy coraz lepiej umieją się do tego przyznać. Królewskie Ogrody Botaniczne w Kew, które prowadzą światową listę, podają około 350 000 uznanych gatunków roślin naczyniowych po odsianiu synonimów; w szacunku z 2016 roku liczba ta sięgała 391 000, a różnica pokazuje, jak wiele w tym rachunku jest księgowości. Dodajmy może 20 000 mchów, wątrobowców i glewików. Do tej sumy co roku dochodzi około 2 000 nowych gatunków: w samym 2019 roku nazwano 1 942 rośliny, od nowych storczyków po drzewo z wyżyn Kamerunu.

Większość z nich jest nowa tylko dla nauki. W 2010 roku zespół pod kierunkiem Daniela Bebbera prześledził historię niedawno opisanych gatunków i stwierdził, że typowa roślina czeka w szafie zielnikowej dziesiątki lat między zebraniem a nadaniem nazwy, a ponad połowa gatunków wciąż nieopisanych może już leżeć sprasowana na półce. Szacunki prawdziwej sumy zależą więc od tempa otwierania szuflad. Lucas Joppa i współpracownicy obliczyli w 2011 roku, że około 10 do 20 procent roślin kwiatowych pozostaje nieopisanych, co dałoby ostateczny wynik gdzieś powyżej 400 000.

Gatunki nie są rozłożone równo. W 2000 roku Norman Myers i współpracownicy zdefiniowali hotspoty bioróżnorodności: regiony z co najmniej 1 500 roślinami endemicznymi, które straciły 70 procent pierwotnego siedliska. 25 wymienionych przez nich, dziś rozszerzonych do 36, mieści około 44 procent wszystkich gatunków roślin na 1,4 procent lądów. Kraina Przylądkowa na końcu Afryki upycha około 9 000 gatunków na obszarze wielkości Portugalii, z czego blisko 70 procent nie występuje nigdzie indziej. Około 11 000 roślin Madagaskaru jest w ponad 80 procentach endemicznych. Kolumbia przoduje w storczykach, z ponad 4 000 gatunków. Amazonia opowiada tę samą historię drzewami: w 2013 roku Hans ter Steege i ponad stu współautorów zebrali dane z 1 170 powierzchni leśnych i oszacowali, że dorzecze mieści około 16 000 gatunków drzew, z których zaledwie 227 „hiperdominantów” stanowi połowę jego 390 miliardów drzew, podczas gdy tysiące rzadkich gatunków mogą liczyć po mniej niż tysiąc osobników.

Ta rzadkość jest sednem sprawy. Gatunek ograniczony do jednej góry w Ekwadorze może zostać opisany i uznany za wymarły w tej samej dekadzie. Raport Kew z 2020 roku szacował, że dwa na pięć gatunków roślin są zagrożone, a wiele zniknie między zebraniem a opisem, znanych tylko z jednego arkusza.

Czy wiesz, że Wielka Brytania, jedno z najintensywniej zbadanych botanicznie miejsc na Ziemi, ma około 1 500 rodzimych gatunków roślin, a Kolumbia, mniej więcej pięć razy większa, ponad 25 000?

Liczenie roślin to nie hobby. Ta liczba wyznacza skalę tego, co stawką w lesie i na polu, mówi ochroniarzom przyrody, gdzie jeden hektar chroni najwięcej, i przypomina reszcie z nas, że zielony świat jest wciąż w większości nieprzeczytany. Katalog królestwa jest otwarty, a większość jego stron pozostaje pusta.

Rośliny, grzyby i glony

Przez większość dziejów świat żywy miał dwie strony: to, co się rusza, i to, co nie. Grzyby, wodorosty i rośliny trafiały razem na stronę nieruchomą. Rozdzielenie ich zajęło stulecie. Ernst Haeckel dodał w 1866 roku trzecie królestwo, Protista, dla mikrobów; w 1969 roku amerykański ekolog Robert Whittaker zaproponował pięć królestw, dając grzybom własne na tej podstawie, że odżywiają się przez wchłanianie, zwierzęta przez połykanie, a rośliny przez fotosyntezę. Nauczyło się tego całe pokolenie; potem DNA ułożyło wszystko na nowo.

Niespodzianka przyszła w latach 90., gdy porównania genów rybosomowych i białkowych wykazały, że grzyby są bliższe zwierzętom niż którekolwiek z nich roślinom. Oba mają wspólnego przodka, który pływał z jedną wicią z tyłu, stąd nazwa grupy: Opisthokonta, „tylnowiciowce”. Grzyby budują ściany z chityny, tworzywa kutykuli owadów, magazynują energię jako glikogen, tak jak my, i nie mają ani celulozy, ani chloroplastów, ani skrobi roślin. Grzyb to, krótko mówiąc, nasz krewny, który zrezygnował z ruchu. Gatunków grzybów może być od 2 do 4 milionów, z czego około 150 000 ma nazwy.

„Glony” to nie grupa, lecz nawyk. Słowo obejmuje wszystko, co fotosyntetyzuje w wodzie, nie będąc rośliną lądową, a to rozciąga się na kilka gałęzi drzewa. Sinice to bakterie. Krasnorosty i zielenice to prawdziwe Archaeplastida, krewni roślin. Brunatnice to stramenopile, kuzynki okrzemek i zarazy ziemniaka; kelp olbrzymi Macrocystis pyrifera z wybrzeży Kalifornii i Tasmanii dorasta do 45 metrów i przyrasta nawet pół metra dziennie, a rośliną jest nie bardziej niż jeżowiec. Okrzemki, bruzdnice i eugleniny zdobyły chloroplasty z drugiej ręki, od pochłoniętych glonów. Razem grupy te wykonują mniej więcej połowę fotosyntezy na planecie.

Wśród zielenic kryje się rodowód królestwa roślin. Ramienicowe, słodkowodne glony takie jak ramienice, Chara, oraz delikatne nici skrętnicy, Spirogyra, i jej krewnych, to najbliżsi żyjący krewni roślin lądowych; porównania genomów ogłoszone w 2014 i 2018 roku wskazują na Zygnematophyceae, grupę obejmującą Spirogyra, jako linię siostrzaną, co zaskoczyło botaników spodziewających się bardziej złożonych ramienic. Kożuch na stawie okazuje się naszym najlepszym modelem tego, co wypełzło na ląd około 470 milionów lat temu.

Grzyby i glony spotykają się w poroście. Simon Schwendener zaproponował w 1867 roku, że porost to grzyb hodujący glon, pomysł, który jego współcześni uznali za niesmaczny; dziś jest w podręcznikach, a w 2016 roku Toby Spribille wykazał, że wiele porostów gości w warstwie zewnętrznej także drugiego grzyba, drożdżaka. Około 20 000 gatunków porostów pokrywa skały od Antarktydy po Atakamę.

Czy wiesz, że największym znanym organizmem jest grzyb: jedna opieńka ciemna, Armillaria ostoyae, w Lesie Narodowym Malheur w Oregonie rozciąga się pod blisko 10 kilometrami kwadratowymi lasu?

Lekcja brzmi: zieloność i bezruch nie są oznakami pokrewieństwa. Roślinę definiuje jej rodowód, a półka u warzywniaka, z pieczarkami i nori, to zjazd trzech królestw, które po raz ostatni dzieliły jedną komórkę ponad miliard lat temu.

Jak roślina odbiera świat

Roślina nie ma oczu, uszu ani nerwów, a jednak wie, gdzie jest góra, skąd pada światło, która jest godzina i kiedy ktoś jej dotyka. W 1880 roku Karol Darwin i jego syn Francis opublikowali O zdolności ruchu u roślin, zapis lat cierpliwych doświadczeń z siewkami i małymi papierowymi kapturkami. Zasłonięcie wierzchołka siewki kanaru powstrzymywało ją od wyginania się ku oknu; zasłonięcie dolnej części łodygi nie. Wierzchołek, uznali, widzi światło i wysyła sygnał w dół. W 1926 roku Frits Went uchwycił posłańca w bloczku agaru i nazwał go auksyną. Fototropizm okazał się chemią: światło z jednej strony przesuwa auksynę na stronę zacienioną, która rośnie szybciej, i pęd się wygina.

Grawitację wyczuwa się ciężarem. W czapeczce korzenia specjalne komórki zawierają gęste ziarna skrobi, statolity, które osiadają na dnie jak piasek w przechylonym słoju; komórki odczytują ich położenie i przekierowują auksynę, więc korzeń położony płasko w ciągu kilku godzin skręca w dół. Gottlieb Haberlandt i Bohumil Němec zaproponowali tę ideę niezależnie w 1900 roku, a doświadczenia na orbicie ją potwierdziły. Czas odmierza wewnętrzny zegar. W 1729 roku francuski astronom Jean-Jacques d'Ortous de Mairan zamknął mimozę wstydliwą, Mimosa pudica, w ciemnej szafie i stwierdził, że jej liście nadal składają się nocą i otwierają za dnia: pierwszy dowód rytmu okołodobowego u jakiegokolwiek organizmu.

Dotyk bywa szybki. Muśnij mimozę, a jej listki złożą się w sekundę, gdy woda ucieka z komórek zawiasowych u nasady liścia. Muchołówka, Dionaea muscipula, z kilku torfowisk w Karolinach, zatrzaskuje się w około jedną dziesiątą sekundy, ale tylko wtedy, gdy dwa włoski czuciowe zostaną dotknięte w ciągu mniej więcej dwudziestu sekund; ona liczy, za pomocą impulsów elektrycznych, które John Burdon-Sanderson zarejestrował w 1873 roku, za namową Darwina, i uznał za bardzo podobne do impulsów nerwu. Rośliny także wąchają: pasożytnicza kanianka, Cuscuta, rośnie ku zapachowi pomidora, a zraniona bylica ostrzega sąsiadki lotnymi związkami. Fitochrom, barwnik mierzący światło czerwone, służy też za termometr, co odkryto w 2016 roku. Dorosłe słoneczniki nie podążają za Słońcem; tylko młode rośliny kołyszą się ze wschodu na zachód, a po zakwitnięciu zwracają się na wschód na dobre.

Czy wiesz, że ultradźwiękowe trzaski nagrane w 2023 roku u spragnionych pomidorów, ogłoszone jako „krzyk” roślin, to najpewniej pękanie pęcherzyków powietrza w odwodnionych łodygach, a nikt ich nie słucha i żadna roślina nie cierpi?

Czy wszystko to składa się na inteligencję, pozostaje żywym sporem. W 2006 roku grupa badaczy zaproponowała dziedzinę „neurobiologii roślin”; rok później 36 kolegów odpowiedziało, pod tytułem „no brain, no gain”, że rośliny mają sygnalizację, lecz nie mają neuronów, synaps ani mózgu, a metafora bardziej myli, niż wyjaśnia. Większość botaników staje po stronie sceptyków, przyznając jednak roślinom rację w jednym: zakorzeniony organizm, który bez układu nerwowego scala światło, grawitację, dotyk, zapach, ciepło i czas, rozwiązał problem poznawania świata na swój własny sposób. Mimoza czuła nadejście dnia na długo przedtem, nim ktokolwiek poczuł, że potrafi.