Listy - majstri distribúcie

Žilnatá štruktúra listov slúži ako úžasný a flexibilný distribučný systém.

Aký druh organizmu je podľa vás na našej planéte najúspešnejší z hľadiska výskytu? Čo tak rastliny?

Rastliny sú všade: izbové rastliny, okrasné rastliny, zelenina, ovocie a rastliny v lese a na lúkach. Prakticky každý centimeter zeme pokrývajú rastliny a malé mikroskopické rastliny plávajú aj v oceánoch a jazerách. Čo robí rastliny takými úspešnými? Jedna vec, ktorú majú mnohé rastliny spoločnú, sú listy - dôležitá štruktúra, ktorá prispieva k ich úspechu.

Je toho veľa, čo sa môžeme z listov naučiť, aby sme mohli žiť udržateľnejšie. Zamerajme sa na to, čo sa môžeme naučiť zo štruktúry listovej žilnatiny.

Žiaci preskúmajú žilnatinu rôznych listov.

1. Vezmite žiakov do školskej záhrady.
2. Požiadajte ich, aby si v dvojiciach nazbierali zopár listov stromov alebo iných dvojklíčnolistových rastlín.
3. Následne ich nechajte preskúmať listy pomocou lupy. Čo si všimli?
4. Neskôr môžu obkresliť list na papier a prekresliť jednotlivé žilky a znázorniť, akým spôsobom je v liste všetko prepojené.

Žiakov sa môžete spýtať:

• Dokážete vytýčiť trasu pozdĺž žíl od stredu k okraju listu?
• Dokážete nájsť rôzne trasy na to isté miesto?
• Čo to môže znamenať pre list, ak sa jeho časť poškodí?

Žilnatina je systém ciev (žiliek) v listoch rastlín, nadväzujúci na stopku. Ich úlohou je rozvádzať živiny a mechanicky spevňovať list. Pri skúmaní štruktúry žilnatiny listov môžete vidieť hlavnú žilnatinu (strednú žilnatinu) a menšie žilky (primárne žilky) a ešte menšie žilky (sekundárne žilky). Prečo je to tak?

Voda, ktorú rastlina príjme napríklad koreňovým systémom, sa musí dostať do všetkých buniek listu. Listové žilky vytvárajú hustú sieť s mnohými prepojeniami. To znamená, že kvapaliny môžu prúdiť do tej istej bunky rôznymi cestami. To je užitočné v prípade poškodenia listu, napríklad hladnou húsenicou. V takom prípade si tekutiny môžu vybrať inú cestu a list môže naďalej fungovať. Tento systém prepojených ciest nazývame redundancia.

Podrobnejšie vysvetlenie

Takýto rozvodný systém funguje ďalej nielen v prípade poškodenia. Keď je vody veľa, využívajú sa všetky cesty, keď menej, len niektoré. Nielen voda sa musí prepravovať, ale aj potrava produkovaná listami (hlavne tekutý cukor) sa musí dostať do všetkých častí rastliny.

A čo jednoklíčnolistové rastliny so súbežnou žilnatinou? Ako je to u nich? Aj tu sú paralelné žilky prepojené.

Podobne prepojené "distribučné siete" nájdeme nielen v listoch, ale aj na krídlach hmyzu (môžete ich pozorovať napr. na krídlach vážok), v architektúre niektorých koralov, v cievach mozgu alebo sietnice, či v sieti mycélia v pôde.

Listová žilnatina nám môže pomôcť navrhnúť a vytvoriť pružné distribučné systémy. 

V pružnom distribučnom systéme existuje viac ako jeden spôsob (trasa) prepravy produktov z bodu "a" do bodu "b". Žilnatina listov je toho jasným príkladom. Keďže všetky žilky sú navzájom prepojené, kvapaliny môžu prúdiť viacerými cestami do toho istého cieľa. Tým je zabezpečené, že tekutiny sa môžu dostať na miesto určenia aj v prípade, že sa niektoré žilky poškodia.

Tento princíp možno napodobniť v distribučných systémoch vody, elektriny, ale aj v doprave. Všetky tieto siete majú vzájomne prepojené uzly. Vybudovanie takýchto systémov je drahšie, ale ich prevádzka je udržateľnejšia a znižuje riziko straty dodávok v prípade poškodenia.

Možné prepojenia na vzdelávaciu metodiku STE(A)M:

• Biológia: Štúdium adaptácie rastlín v reakcii na životné prostredie. Analyzovanie výhod a nevýhod rôznych adaptácií.
• Inžinierstvo, technológia: navrhovanie materiálov, štruktúr a systémov, napodobňujúcich napr. štruktúry živých organizmov. Vývoj technológií, inšpirovaných fungovaním živých systémov.
• Vytváranie hypotéz a ich overovanie jednoduchými pokusmi a pozorovaniami.
• Vyhľadávanie, interpretácia a použitie vedeckých dôkazov na zodpovedanie otázok.
• Aplikácia učením objavených skutočností na problémy reálneho sveta.
• Umenie - design: Využitie analógie biologického a digitálneho konceptu v umení.

• Aké ďalšie distribučné systémy v prírode poznáte? Sú podobné žilnatine listu, alebo sa líšia? 
• Aké distribučné systémy vytvára a využíva človek? 
• Napadajú vám príklady, kde by mohli byť užitočné poznatky z listov?

• Žilné systémy v listoch sú odolnejšie (Vein system resilient to damage)
• Listy sa používajú ako inšpirácia pre nové distribučné siete (Leaf veins inspire a new model for distribution networks).
• Slučky sú v prírodných sieťach bežné a zvyšujú ich pevnosť (In Natural Networks, Strength in Loops).