Planten weten hoe lang de schemering duurt

 Dat planten de duur van het licht-donkerritme meten en hun groei daarop aanpassen, was al langer bekend. Planten meten ook het verloop van temperatuur. Nu hebben wetenschappers van de Universiteit van Leuven ontdekt, dat de meeste planten daarnaast ook de duur van de schemering meten. Dat is nodig om hun groeischema aan te passen aan de breedtegraad waarop ze groeien.

Foto WVL: zonsdondergang bij Gardameer.

Dat planten dit kunnen en hoe ze daarmee omgaan is natuurlijk genetisch bepaald. De duur van de schemering blijkt van invloed te zijn op de groei en de periode waarin een plant tot bloei komt. Als de schemerduur 30 tot 60 minuten toeneemt, zal de plant tot wel 30% groter groeien. Als de schemering 90 minuten of langer duurt blijven planten kleiner en zullen veel later bloeien. 

Dichter bij de evenaar duurt de schemering korter dan richting de polen. En ook zal in de winter de schemering langer duren dan in de zomer. Planten registreren die veranderingen met hun circadiane klokgenen. Althans, de meeste planten. Er zijn soorten waarbij deze genen minder gevoelig zijn.

Assimilatieverlichting dimmen levert meer groei en betere bloei.

Omdat het klimaat verandert en hittestress planten geleidelijk laat opschuiven naar het noorden komen veel plantensoorten met de schemering in de knoei. Door de langere schering en kortere groeiseizoenen bloeien de planten op andere tijdstippen. Vooral bij voedingsgewassen hebben boeren, en dus ook de consumenten, daar last van. Door de ontdekking van de genen die de aanpassing van de schemerduur regelen, kan men gewassen hiervoor eenvoudig aanpassen en geschikt maken voor hun nieuwe groeiplaats. 

Tuinders gebruiken in hun kassen vaak kunstlicht (assimilatieverlichting) om planten meer licht te geven dan in het normale dag-nachtritme. Zij doen dit door de lampen simpel aan- of uit te schakelen. Door de ontdekking dat planten ook gevoelig zijn voor de schemering zouden tuinders er beter aan doen om te schakelen via een dimmer. De planten zullen daarop reageren met betere opbrengsten en tuinders zullen zo ook nog eens op energie kunnen besparen.

Deze blog is een voortzetting van het boek Duurzaam groen en welzijn - Gratis voor donateurs van Stichting Groen Weert. (www.groenweert.nl).
Deel dit bericht met je netwerk via onderstaande buttons.

Welke invloed heeft kunstlicht?

Echt donker is het 's nachts bijna nergens meer. Hoeveel sterren zie jij in de nacht? Waar kun je in Nederland nog de Melkweg zien? Hoe wij mensen er in slagen helderheid in de nacht te brengen is het beste te zien vanuit de ruimte. In de ontwikkelde landen zie je een aaneengesloten zee van lichtpuntjes. Dat is onnatuurlijk, dat is lichtvervuiling.

Heldere nacht

De natuur is door al dat nachtelijke licht van slag. Zo stond ik dezer dagen om 4 uur in de ochtend op straat (taxi spelen voor mijn zoon) en ofschoon het nog 2 uur zou duren voor de zon opkwam, klonk in alle hoeken merel gezang. En ja, gedurende de 160 kilometer naar Schiphol heb ik geen moment duisternis gezien. Het had evengoed overdag tijdens een dreigende onweersbui kunnen zijn.

Dat dit ook gevolgen heeft voor de flora en fauna, daar hoeven we niet aan te twijfelen. Maar we weten er eigenlijk te weinig over, om de gevolgen goed te duiden en daaruit conclusies te trekken. Zo weten we wel dat verschillende insectensoorten worden aangetrokken door het licht van straatlantaarns. En dat er een paar vleermuissoorten handig gebruik van maken. Dat is met name de dwergvleermuis. Andere vleermuissoorten vluchten naar de (schaarse) duisternis en dat doet die soorten geen goed. Er is te weinig duisternis en daar houden zich te weinig insecten op.
Bij sommige nachtvlinders zijn de vrouwtjes bij kunstlicht minder goed in staat om met feromonen te mannetjes te lokken. Dat bedreigt hun voortbestaan. Bij andere soorten komen de vlinders te vroeg in het voorjaar uit de cocon waardoor ze risico lopen om dood te vriezen.
Muizen schuwen het licht in de nacht en schromen op voedsel uit te gaan. Wie dat wel aandurft loopt groot risico in de bek van een roofdier te eindigen, dat op zijn beurt van het overvloedige licht weet te profiteren.

Een overdaad aan licht, ... verstoort het bioritme van vrijwel alle levende wezens...

Ik had het hiervoor over merels die in de nacht zingen. Maar met bijvoorbeeld koolmezen zit het ook niet goed. Die neigen ertoe vroeger in het voorjaar te nestelen, waardoor de jongen uitkomen op een moment, dat er nog te weinig prooidieren (lees insecten) zijn. De gezinsplanning wordt hier dus in de war geschopt.
Trekvogels raken gedesoriënteerd en vliegen eindeloos rondjes rondom sterk verlichte objecten en putten zich daarmee uit.
Planten reageren op lichtperiodes doordat de verhouding licht - donker de bloei aanstuurt. En het verschil tussen licht en donker moet groot zijn, wil het voor planten iets betekenen.

Onderzoek
In 2011 startte het onderzoeksproject "Licht op natuur". Doel van dit onderzoek was de invloed van kunstlicht op de natuur te onderzoeken en manieren te vinden om buitenverlichting natuurvriendelijker te maken. Er wordt met name gekeken naar het effect dat de verschillende kleuren kunstlicht hebben op diverse planten en dieren. Dat blijkt zeer complex te zijn. De onderzoekers vonden dat ze te weinig gegevens hadden om betrouwbare uitspraken of voorspellingen te kunnen doen. In 2015 is daarom besloten dit onderzoek tot 2019 te verlengen.
Toch heeft dit onderzoeksproject al het één en ander aan het licht gebracht.

Koolmezen blijken vooral door wit en groen licht vroeger in het voorjaar aan de leg te beginnen. Gebrek aan nachtrust leidt bij veel dieren tot afnemende alertheid en slechtere conditie. Planten gaan moeilijker in bloei en dragen daardoor minder vruchten. Sommige boomsoorten hebben in de nabijheid van straatlantaarns de neiging om nagenoeg het hele jaar groen blad te voeren. Trekvogels blijken bij bepaalde kleuren veel hinder te ondervinden, bij andere kleuren veel minder. Mede hierdoor worden op zee de lichten van boorplatforms aangepast. Dat zou ook in de steden moeten gebeuren.

Bioritme
Een overdaad aan licht, een te klein verschil tussen dag en nacht, verstoort het bioritme van vrijwel alle levende wezens en dat kan het gehele ecosysteem ontwrichten.
Groningse onderzoekers hebben ontdekt dat het dag/nachtritme de aanmaak van het enzym peroxiredoxine aanstuurt. Dat gebeurt in vrijwel alle organismen op planeet aarde. Dit enzym functioneert als een antioxidant en beschermt cellen tegen beschadiging en veroudering. Dit systeem heeft een 24-uursritme en wordt circadiaan ritme genoemd. Verstoring van dit ritme heeft een nadelig effect op de gezondheid en welzijn van alles wat leeft. Jij en ik, de dieren en planten om ons heen.

We weten dus wel dat antropogeen licht, licht dat door mensen wordt gemaakt ofwel kunstlicht, grote invloed heeft om het leven. Het verschil tussen licht en donker is te klein en dat verstoort niet alleen het natuurlijk gedrag, maar heeft zelfs invloed op biochemisch niveau.
Uit het onderzoek blijkt dat continue blootstelling aan licht onder meer leidde tot een verstoord ritme van de neuronen in de nucleus suprachiasmaticus. Bij zoogdieren wordt het circadiaan ritme (dag- en nachtritme) door neuronen in dit deel van het brein georkestreerd. Ook namen de krachten van de muizen af en gingen hun botten achteruit. Daarnaast was het immuunsysteem in een soort continue staat van paraatheid, net zoals het geval is wanneer een ziekteverwekker het lichaam bedreigt. Alle fysiologische veranderingen die de muizen doormaakten, zien we volgens de onderzoekers doorgaans bij dieren of mensen die op een wat hogere leeftijd komen: de proefmuizen werden op verschillende vlakken zwakker.Het goede nieuws is, dat dit effect omkeerbaar is. Zodra de muizen weer enkele weken aan een normaal ritme van licht en duisternis werden blootgesteld herstelde hun toestand snel.

Veel mensen hebben daar geen erg in of vinden het een ver-van-hun-bed verhaal. Misschien wel letterlijk, want terwijl wij met het vallen van de nacht ons terugtrekken in onze huizen en de gordijnen sluiten, blijft buiten de natuur wakker bij het overvloedige kunstlicht in onze straten. Dat de natuur daarvan te lijden heeft valt niet te ontkennen. Hoe dat lijden er precies uitziet is echter voor een groot deel in duisternis gehuld.
Laten we hopen dat het voortzetten van het onderzoeksproject "Licht op natuur" daar over enkele jaren meer helderheid in brengt.


Deze blog is een voortzetting van het boek Duurzaam groen en welzijn (te koop via Bullseye Publishing)
Abonneer je op de nieuwsbrief: http://eepurl.com/bRSGNP
Deel dit bericht met je netwerk via onderstaande buttons.

Hoe belangrijk zijn licht en donker voor planten?

Licht is voor planten van levensbelang. Licht is nodig om voedsel aan te maken en bepaalt mede de levenscyclus, de seizoenen en het dag-nachtritme. Het is een complex samenspel van chemische processen en de energie hiervoor komt van de stralingsenergie van licht. De grootste en meest natuurlijk lichtbron is de zon.

De grootste energiebron is het licht van de zon

Als plant optimaal groeien heeft dat effect op de gezondheid en het welzijn van mensen en andere dieren.

De zon bombardeert de aarde met een breed spectrum stralingsenergie. Een deel wordt in het bovenste deel van de atmosfeer en door het aardmagneetveld tegengehouden. Dit zijn de korte golflengten die schadelijk zijn. Vooral het zichtbare deel van het spectrum en de warmtestraling bereikt het aardoppervlak. Toch is niet het gehele spectrum van zichtbaar licht voor planten belangrijk. De fotosynthese, of koolstofassimilatie,  gebruikt maar bepaalde stralingsbereiken voor verschillende functies van de stofwisseling. En die is op zijn beurt weer afhankelijk van warmte. Er is een ideale temperatuur waarbij de stofwisseling in planten optimaal functioneert. Om het nog ingewikkelder te maken: dit is ook nog eens verschillend bij de diverse planten- en boomsoorten.

Lichtgevoeligheid
Hieronder een tabel van lichtkleuren en hun effect op planten.
Lichtkleur        Effect
UV-C                 Schadelijk, wordt in de atmosfeer geabsorbeerd (o.a. door ozon)
UV-B                 Beïnvloedt fotomorfogenese*
UV-A                 Stuurt fotomorfogenese*
Blauw (PAR)     Heeft invloed op fotosynthese en fotomorfogenese*
Groen (PAR)     Wordt weerkaatst
Rood (PAR)       Speelt een rol in fotosynthese, fotomorfogenese en fotoperiode*
Ver rood             Invloed op fotomorfogenese en fotoperiode*
Infrarood            Is vooral warmtestraling
Ver infrarood     Geen invloed, warmtestraling van de aarde zelf

Fotomorfogenese is het proces dat bepaalt hoe de plant er uit zal zien, de vorm, de kleur en de bloei. Dit is vastgelegd in de genen van de plant, maar het wordt door licht aangestuurd.
Fotoperiode betreft de levenscyclus van de plant, het dag-nachtritme en de seizoenen. In de stofwisseling van de plant wordt 24/7 het hormoon fytochroom aangemaakt. Overdag wordt dit hormoon door licht, het rode deel, weer afgebroken. De bloei van planten wordt aangestuurd als het fytochroom de overhand krijgt en dat gebeurt als de plant gedurende 12 uur of meer geen licht ontvangt. Planten die meer dan 12 uur per etmaal licht ontvangen zullen dus niet of minder bloeien.

Maakt het wat uit of een plant zonlicht of kunstlicht krijgt? Nee, dus. Licht is niets anders dan elektromagnetische straling en voor planten mag die ook uit kunstlicht bestaan. Tuinders maken hier gebruik van. Door te spelen met kleur, lichtintensiteit en licht/donkerritme sturen zij het groeiproces. In de openbare ruimte kan kunstlicht de fotoperiode cyclus nadelig beïnvloeden, dat wel.

Fotosynthese

Dit wordt ook wel koolstofassimilatie genoemd. De plant maakt met hulp van (zon)licht, water en koolstofdioxide (CO2) glucose en zuurstof. Glucose is een basisproduct waaruit de plant onder andere zetmeel en cellulose maakt. Daarnaast nog tal van andere stoffen, in combinatie mineralen en zouten die door de wortels, vaak met hulp van schimmels, uit de bodem worden gehaald. Denk bijvoorbeeld aan afweer- en signaalstoffen, kleurpigmenten en nectar in de bloemen. Zuurstof is een afvalproduct en wordt uitgestoten.

Licht is niets anders dan elektromagnetische straling en voor planten mag die ook
uit kunstlicht bestaan.

Fotosynthese is een ingewikkeld proces dat globaal in twee basisstappen verloopt: Lichtreactie en donkerreactie. Het schema geeft een beeld van wat er zich op moleculair niveau afspeelt.

Schema uit www.aljevragen.nl - fotosynthese

 Lichtreactie

In het blad bevindt zich chlorofyl, een molecuul dat de energie uit licht kan opvangen. Je zou het de stroomleverancier kunnen noemen. Als een lichtdeeltje (foton) op een chloroplast treft komen er twee elektronen vrij. Hierbij start een ketenreactie, waarbij twee stoffen worden gevormd: ATP en NADPH. ATP speelt de rol van energie-opslag. Tegelijk wordt ook het door de wortels aangevoerde water gesplitst is waterstof en zuurstof, waar ATP de energie voor levert. Zuurstof verlaat de plant via de kleine openingen aan de onderkant van het blad.
Donkerreactie
Met hulp van ATP als energiebron worden in de donkerreactie waterstof en NADPH omgezet in glucose (C6H12O6): het eindproduct.
Dit is een korte weergave van in totaal vijf afzonderlijke en met elkaar samenhangende chemische reacties. Het schema laat alle stappen in hun samenhang zien.

Kunstlicht

De vraag is nog wel of het inzetten van kunstlicht in de openbare ruimte invloed heeft op de bomen en andere planten. Om die vraag te beantwoorden moeten we kunstlicht in een breder verband zien. Bovendien zal het effect van licht op onnatuurlijke tijdstippen voor de ene soort positief zijn, voor de andere soort is het negatief. Dit fenomeen is al vele jaren onderwerp van wetenschappelijk onderzoek en nog steeds zijn niet alle vragen beantwoord.
Globaal kun je stellen dat feestverlichting met LED's weinig lichtopbrengst heeft. Enkelvoudige LED's zijn puntlichten, die vergelijkbaar zijn met de sterren. Helaas kunnen we in de meeste woongebieden door het kunstlicht steeds minder sterren zijn. Maar van nature zijn de nachten zelden helemaal donker: er is licht van de maan en de sterren.

Een verstorende invloed gaat er wel uit van straatverlichting, lichtreclame, de verlichting van gebouwen en installaties en assimilatieverlichting in tuinderskassen. Wat hiervan de invloed is, wordt het onderwerp van het volgende artikel in deze BLOG.

Deze blog is een voortzetting van het boek Duurzaam groen en welzijn (te koop via Bullseye Publishing)
Abonneer je op de nieuwsbrief: http://eepurl.com/bRSGNP
Deel dit bericht met je netwerk via onderstaande buttons.

ebook te koop via:
https://www.bravenewbooks.nl/books/22063988

of bij Bol / KOBO