2 Die Vorläufer der Bäume

Die Vorläufer der Bäume kennt man aus dem Karbon. Sie gehörten zu den Schachtelhalmgewächsen, den Bärlappgewächsen und den Farnen. Sie besaßen verholzte Stämme, die auch ein sekundäres Dickenwachstum aufwiesen. Fossile Gattungen sind beispielsweise Lepidodendron und Sigillaria. Die verdichteten Sedimente dieser Wälder bilden die Steinkohle.

Die weitere Evolution der Pflanzen brachten im Perm die Samenpflanzen hervor. Die Nacktsamer breiteten sich als erste Bäume rasch aus, erreichten wohl im Trias (vor etwa 200 Millionen Jahren) ihre größte Artenvielfalt, bis sie im Tertiär (vor ca. 60 Millionen Jahren) von den Angiospermen in ihrer Bedeutung abgelöst wurden.[2] Von den bekannten 220.000 Blütenpflanzen sind etwa 30.000 Holzarten, so dass etwa jede achte Blütenpflanze ein Baum oder Strauch ist. Die meisten Baumarten zählen zu den Bedecktsamern (Angiospermen). Die Gymnospermen (Nacktsamer) umfassen nur ungefähr 800 Arten, bedecken aber immerhin ein Drittel der Waldfläche der Erde.

Die globale Verteilung der Baumarten wurde vor allem durch die klimatischen Verhältnisse und durch die Kontinentalverschiebung geprägt. Während z.B. die Buchengewächse (Fagaceae) eine typische Familie der Nordhemisphäre sind, ist z.B. die Familie Podocarpaceae vorwiegend in der Südhemisphäre verbreitet. Die heutige natürliche Artenverteilung wurde stark von den quartären Eiszeiten beeinflusst. Das gleichzeitige Vordringen der skandinavischen und alpinen Gletschermassen Europas hat zu einer Verdrängung zahlreicher Spezies geführt und die im Vergleich zu Nordamerika auffällige Artenarmut in Zentraleuropa verursacht. So stehen etwa der einzigen in den montanen Regionen Mitteleuropas heimischen Fichtenart, der gemeinen Fichte (Picea abies), zahlreiche Fichtenarten auf dem nordamerikanischen Kontinent gegenüber.

3 Wachstum der Bäume

Wie bei allen Pflanzen unterliegen auch bei Bäumen der Stoffwechsel und das Wachstum sowohl endogenen (genetisch festgelegten) als auch äußeren Einflussfaktoren. Zu letzteren zählen vor allem die Standortverhältnisse, das Klima und die Konkurrenz mit anderen Organismen bzw. deren schädigende Wirkung. Während der Vegetationsperiode sorgen die Spitzenmeristeme und das Kambium für stetigen Längen- und Dickenzuwachs. Beginn und Ende der Vegetationsperiode sind je nach Baumart durch die Witterung und die Wasserverfügbarkeit bzw. durch die Tageslänge bestimmt. Das Wachstum wird dabei durch Phytohormone gesteuert und die Akkumulation von Biomasse gezielt optimiert. Bäume sind so in der Lage, sich an ändernde Wuchsbedingungen anzupassen und gerichtet Festigungs-, Leit-, Speicher- oder Assimilationsgewebe anzulegen. Die Produktion neuer Gewebe mit dem sekundären Dickenwachstum und die Anlage neuer Jahrestriebe bewirkt, dass sich ein Baum ständig von innen nach außen erneuert. Der amerikanische Baumbiologe Alex Shigo hat daraus das Konzept der Kompartimentierung entwickelt, das den Baum als ein Ensemble zusammenwirkender Kompartimente sieht. Auf Verletzungen reagiert der Baum, anders als Tiere und Menschen, durch Abschottungsreaktionen und Aufgabe der eingekapselten Kompartimente (CODIT-Modell). Durch adaptives Wachstum optimiert er zudem seine Gestalt. Computermodellierungen des Karlsruher Physikers und Biomechanikers Claus Mattheck konnten zeigen, dass Bäume durch adaptives Wachstum eine mechanisch optimale Gestalt anstreben und z. B. Kerbspannungen in Verzweigungen vermeiden, so dass die Gefahr von Brüchen minimiert wird. Diese Erkenntnisse haben zu Optimierungen u. a. im Maschinenbau geführt.