Szczawik - ruchliwa roślina
Poniższy artykuł został opublikowany pierwotnie w czasopiśmie dla nauczycieli Biologia w Szkole (5/2021):
Każdy z Was, drodzy Czytelnicy, którzy mieliście okazję zapoznać się z moimi dawniejszymi artykułami, wie o jednym z moich koników. Jest nim zagadnienie wszelkich ruchów roślinnych. Dlaczego jednak ten temat uważam za szczególnie ciekawy, także z punktu widzenia edukacji?
W edukacji jednym z czynników szczególnie ważnych z pozycji procesu nauczania jest zainteresowanie ucznia tematyką zajęć. Jeśli rozpatrujemy sprawę pod względem podziału świata ożywionego na królestwa, to w podejściu do nauczania o przedstawicielach zwierząt Animalia i roślin Plantae (zostawiając na razie na boku pozostałe królestwa, m.in. grzyby Fungi i protisty Protista) z punktu widzenia ucznia często możemy zanotować, że jego uwaga skupia się najczęściej na organizmach zwierzęcych. Można przypuszczać, że dzieje się tak dlatego, że zwierzęta są zwykle uznawane za bardziej interesujące: są ruchliwe, wykazują ciekawe zachowania, mogą nawiązywać kontakt z innymi organizmami (w tym z samym uczniem). Większe zaciekawienie zwierzętami bierze się zapewne też z ich podobieństwa do nas samych. Jako ludzie należymy właśnie do tego królestwa i łatwiej nam zrozumieć - a przynajmniej chcemy tak sądzić - innych przedstawicieli tej właśnie grupy.
Rośliny natomiast - chociaż po dokładniejszym zapoznaniu się z anatomią reprezentantów tego królestwa i molekularnymi podstawami ich metabolizmu okazują się fascynujące - wydają się nie poruszać, a ich odpowiedzi na bodźce z otoczenia są powolne w stosunku do tych obserwowanych u zwierząt. Z tego powodu w oczach ucznia mogą się wydawać mało ciekawe, co stanowi dosyć poważny problem w procesie edukacyjnym.
Jednym ze sposobów na rozbudzenie zainteresowanie świata roślinnym może być pokazanie, że jego przedstawiciele nie są wcale tacy bierni. Oczywiście możemy w tym celu zastosować egzotyczne – jeśli chodzi o nasze środowisko naturalne – rośliny, takie jak mięsożerna muchołówka amerykańska Dionea muscipula, której pułapki zatrzaskują się w ciągu ułamka sekundy, albo czułek wstydliwy Mimosa pudica, którego liście złożone mają także zdolność do poruszania się w reakcji na dotyk [1]. Hodowla tych roślin, chociaż niezbyt skomplikowana, to z powodu konieczności zapewnienia specyficznych warunków może być jednak utrudniona w warunkach szkolnej pracowni.
Myślę, że najbardziej interesującą możliwością jest zapoznanie uczniów ze szczególnie ruchliwymi roślinami naturalnie występującymi w naszym otoczeniu. Przykładem mogą być tutaj mięsożerne rosiczki Drosera, których kilka gatunków występuje na terenie naszego kraju: rosiczka okrągłolistna Drosera rotundifolia, rosiczka długolistna Drosera anglica, rosiczka pośrednia Drosera intermedia i rosiczka owalna Drosera ×obovata (naturalny gatunek mieszańcowy D. rotundifolia i D. anglica). Z całą stanowczością jednak zaznaczam tutaj, że wszystkie wymienione gatunki są na terenie naszego kraju objęte ochroną, a niektóre z nich są zagrożone wyginięciem – dlatego nie wolno nam dokonywać żadnych manipulacji z nimi, a w szczególności godne potępienia jest wykopywanie roślin i próby ich hodowli w warunkach sztucznych bez odpowiednich zezwoleń. Na szczęście jest możliwa hodowla rosiczek sprowadzonych do naszego kraju jako gatunki ozdobne – szczególnie w tym celu nadaje się rosiczka przylądkowa Drosera capensis (Fot.1), której hodowlę opisałem w jednym z poprzednich artykułów [2].
Liście pułapkowe rosiczki są pokryte włoskami wydzielającymi wabiącą owady lepką substancją formującą krople podobne do rosy. To dzięki niej niewielkie zwierzęta zostają unieruchomione na powierzchni liści, które następnie zamykają się wokół ofiary podlegającej strawieniu (Fot.2).
Innym przykładem szczególnie szybkiego ruchu roślin jest ten wykonywany po dotknięciu przez pręciki kwiatowe berberysów, np. berberysu zwyczajnego Berberis vulgaris lub ozdobnego berberysu Thunberga Berberis thunbergii [3]. Przypadek ten jest szczególnie istotny dla przyrodnika, ponieważ berberysy występują w naszym otoczeniu powszechnie – z ich ozdobnych odmian formuje się często śródmiejskie lub parkowe żywopłoty.
Rozmyślając nad kolejnymi przykładami powszechnie występujących w naszym otoczeniu roślin obdarzonych zdolnością do zauważalnych gołym okiem ruchów wpadłem na pewien trop.
Szczawik
Roślina, o której chcę dziś opowiedzieć należy do rodziny szczawikowatych Oxalidaceae. Jest to dosyć liczna grupa, ponieważ obejmuje pięć rodzajów (oskomian Averrhoa, szczawik Oxalis, Biophytum, Dapania i Sarcotheca) reprezentowanych przez około 570 gatunków, z czego zdecydowana większość należy do rodzaju szczawik [4]. Właśnie do tego rodzaju należą też jedyni przedstawiciele rodziny występujący w Polsce. Szczawikowate są wybitnie kosmopolityczne, występują prawie na całej Kuli Ziemskiej, z wyjątkiem wyjątkowo niegościnnych terenów: obu biegunów, a także pustyń. W Europie rodzina jest stosunkowo słabo reprezentowana - największe zróżnicowanie osiąga we wschodniej Azji, Ameryce Południowej i południowej Afryce. Część gatunków znalazła znaczenie praktyczne jako rośliny jadalne: bulwy szczawika bulwiastego Oxalis tuberosa są wykorzystywane kulinarnie na terenach górskich Ameryki Południowej. Oskomian pospolity Averrhoa carambola dostarcza smacznych owoców nazywanych karambolami. Kilka gatunków szczawików jest też uprawianych jako rośliny ozdobne.
Szczawiki Oxalis zawdzięczają swoją nazwę obecności w ich tkankach stosunkowo dużych ilości kwasu szczawiowego H2C2O4. Co ciekawe, mimo podobieństwa nazwy nie są one blisko spokrewnione ze szczawiem Rumex (także zawierającym wspomniany kwas, który wziął swoją nazwę właśnie od tej rośliny), należącym do rodziny rdestowatych Polygonaceae.
Jeśli chodzi o reprezentantów szczawików, to spośród 20 gatunków spotykanych w Europie, rodzime dla naszego kontynentu są jedynie dwa. Naturalne środowisko Polski może się natomiast pochwalić tylko jednym gatunkiem. Jest to szczawik zajęczy Oxalis acetosella. Poza nim na terenie naszego kraju stwierdzono występowanie następujących gatunków:
- szczawik czterolistny Oxalis tetraphylla – efemerofit,
- szczawik Deppego (szczawik jadalny) Oxalis deppei – gatunek uprawiany,
- szczawik Dillena Oxalis dillenii – antropofit zadomowiony,
- szczawik rożkowaty Oxalis corniculata – antropofit zadomowiony,
- szczawik żółty Oxalis stricta – antropofit zadomowiony [5].
W swoim ogrodzie trafiłem na roślinę, którą łatwo było zidentyfikować jako należącą do rodzaju szczawik (Fot.3).
Szczawiki z racji wyglądu liści i podobnego pokroju często bywają mylone z przedstawicielami koniczyn Trifolium, np. z koniczyną rozesłaną Trifolium repens (Fot.4).
Bliższe przyjrzenie się liściom ujawnia jednak wyraźne różnice między obiema roślinami (Fot.5).
Jak widzimy, listki składające się na liście złożone szczawiku i koniczyny różnią się – te pierwsze są odwrotnie sercowate, zaś drugie odwrotnie jajowate. Dodatkowo listki koniczyny są delikatnie ząbkowane i posiadają jasną podkowiastą plamę.
Zastanawiając się, z którym przedstawicielem szczawików mam do czynienia zauważyłem kwiat (Fot.6). Był on niewielki i żółty. Po bliższym zbadaniu udało się ustalić, że kwiaty tego szczawika są promieniste o symetrii 5-krotnej. Wystepują w wierzchotkowatych kwiatostanach zgrupowanych po dwa do pięciu. Płatki korony są podługowate i odwrotnie jajowate, a działki kielicha mniej więcej o połowę krótsze i zwykle równowąskie, wzniesione i trwałe. Szypułki kwiatów osiągają 5-10 mm długości, a u ich nasady wyrasta drobna, równowąska przysadka o długości do około 2 mm. Pąki kwiatowe zwykle luźno zwisają. Pręciki występują w dwóch okółkach: jednym nitkach dłuższych i jednym o krótszych. Zalążnia posiada 5 szyjek zakończonych znamionami.
Barwa kwiatu pozwala od razu ustalić, że na pewno nie jest to szczawik zajęczy, ponieważ płatki korony jego kwiatów są białe lub delikatnie różowawe. Spośród wymienionych gatunków żyjących w Polsce na żółto kwitną szczawik rożkowaty, szczawik Dillena i szczawik żółty. Aby je odróżnić należy przyjrzeć się w powiększeniu szypułkom kwiatów (lub owoców) – szczawik żółty w przeciwieństwie do dwóch pozostałych wykazuje przy ich podstawie obecność zgrubiałych kolanek (Fot.7), natomiast brak jest u niego przylistków przyrośniętych do ogonków liściowych.
Dzięki prostej analizie szczegółów anatomicznych mogłem więc stwierdzić, że mam do czynienia ze szczawikiem żółtym, który występuje naturalnie we wschodniej Azji – w Chinach, Korei, na wschodzie Rosji oraz na Wyspach Japońskich. Można go spotkać na siedliskach antropogenicznych w rodzaju trawników i pól. Chętnie zadamawia się w ogrodach i parkach, na terenach kolejowych i przydrożach, często rośnie także w glebie naniesionej w załomy murów. Nie jest wybredny - tak samo chętnie żyje w pełnym słońcu, jak i w półcieniu, na bardzo różnych glebach, najchętniej jednak na wilgotnych. W naszym klimacie siewki kiełkują w maju, a niedługo po nich upojawiają się pędy wyrastające z kłączy. Szczawik żółty kwitnie w Europie Środkowej od czerwca do października [6]. Kwiaty otwierają się regularnie między godziną 8 a 9 rano, a w nocy i podczas dni pochmurnych pozostają stulone. Roślina jest owadopylna, a nasiona rozsiewane są podczas gwałtownego otwierania się dojrzałych torebek pod wpływem dotknięcia (ballochoria) - są wyrzucane na odległość do kilku metrów [7].
Owoce omawianej rośliny są wydłużone, w przekroju pięciokanciaste. Mają formę torebki o długości do 1,5 cm (Fot.8). Torebka jest pięciokomorowa i w każdej z komór zawiera po 4–10 nasion. Nasiona są w formie jajowate o długości około 1,5 mm – ich barwa jest brązowa. Na powierzchni nasion występują charakterystyczne poprzeczne bruzdy i jedna podłużna.
Liście szczawika żółtego – podobnie jak pozostałych gatunków – w nocy lub w chłodniejsze dni opadają i stulają się razem. Co jednak dla nas najciekawsze, roślina wykazuje też sejsmonastię to znaczy opisany ruch może być odpowiedzią na bodziec mechaniczny. Aby dokonać obserwacji wystarczy w słoneczny, dosyć ciepły dzień przyjrzeć się liściom szczawiku. W takich warunkach powinny być one wyprostowane, a usytuowanie blaszek liściowych mniej więcej równoległe do powierzchni gruntu (Fot.9, u góry).
Wystarczy jednak dotknąć rośliny lub delikatnie przeczesać dłonią po liściach, by w niedługim czasie (zwykle kilkadziesiąt sekund) listki opadły w kierunku podłoża i stuliły się razem (Fot.9, u dołu).
Opisany ruch jest łatwiej zaobserwować w przypadku pojedynczego liścia, na kontrastowym tle (Fot.10). W pozycji naturalnej listki są rozłożone (Fot.10A).Jak widać, po dotyku listki szczawiku wyraźnie opadają (Fot. 10B).
Po pewnym czasie listki wracają do swojej wyjściowej pozycji – zwykle trwa to od kilkunastu do kilkudziesięciu minut.
Wyjaśnienie
Opisany w niniejszym artykule ruch, jak juz wspomniano, nalezy do nastii. Są to ruchy wygięciowe, których kierunek jest niezależny od działania bodźca. Nastie, odmiennie do tropizmów, są w większości ruchami spowodowanymi przez zmiany turgoru specjalizowanych komórek. Biorąc pod uwagę rodzaj bodźca można wyróżnić m.in. chemonastię, termonastię, fotonastię i sejsmonastię (odpowiedź na bodźce mechaniczne, ale też termiczne i elektryczne).
Dotyk wywołuje kaskadę zdarzeń, której efektem jest przemieszczenie się określonych jonów w poprzek błony komórkowej. W przypadku zmian turgoru komórek odpowiedzialnych za ruchy sejsmonastyczne najważniejszym czynnikiem jest najprawdopodobniej ruch kationów potasu K+. W wyniku pobudzenia są one intensywnie transportowane na zewnątrz komórek, co zgodnie z prawami osmozy pociąga za sobą także wypływ wody z protoplastów. Zmiana turgoru skutkuje zmianą wymiarów komórek, co z powodu ich dużej ilości w obrębie tkanki daje efekt makroskopowego ruchu. Powrót do stanu wyjściowego wymaga przetransportowania wody ponownie do wnętrza komórek, co zajmuje roślinie pewien czas. Celem obserwowanego ruchu może być np. regulacja transpiracji lub unikanie roślinożerców.
Literatura:
- [1] Ples M., Wstydliwa roślina, Biologia w Szkole, 6 (2015), Forum Media Polska Sp. z o.o., str. 52-56 powrót
- [2] Ples M., O rosiczce słów kilka, czyli wyhoduj żywą muchołapkę!, Biologia w Szkole, 1 (2016), Forum Media Polska Sp. z o.o., str. 51-56 powrót
- [3] Ples M., Roślinny bokser? Szybkie ruchy pręcików berberysu, Biologia w Szkole, 3 (2020), Forum Media Polska Sp. z o.o., str. 81-85 powrót
- [4] Christenhusz Maarten J. M., Fay M. F. , Chase M. W., Plants of the World: An Illustrated Encyclopedia of Vascular Plants, Kew Publishing, The University of Chicago Press, Chicago. 2017, str. 297 powrót
- [5] Mirek Z., Piękoś-Mirkowa H., Zając A., Zając M., Flowering plants and pteridophytes of Poland, Krytyczna lista roślin naczyniowych Polski, Instytut Botaniki PAN im. Władysława Szafera w Krakowie, 2002 powrót
- [6] Rutkowski L., Klucz do oznaczania roślin naczyniowych Polski niżowej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2006, str. 282 powrót
- [7] Lollar M., Marble Ch., Biology and Management of Oxalis (Oxalis stricta) in Ornamental Crop Production, University of Florida, dostępne online: https://edis.ifas.ufl.edu/pdf/EP/EP51400.pdf [dostęp 05.08.2021] powrót
Autorem fotografii i rysunków jest Marek Ples.
Marek Ples