Γιατί το νερό είναι σημαντικό για τα βρύα;



Το νερό έχει μεγάλη σημασία για τα βρύα επειδή αυτά τα φυτά δεν έχουν αγγειακούς ιστούς ή όργανα εξειδικευμένα στην απορρόφηση. Από την άλλη πλευρά, δεν είναι σε θέση να ρυθμίσουν τις απώλειες νερού και εξαρτώνται από αυτό για σεξουαλική αναπαραγωγή.

Τα βρύα ανήκουν στις βρυόφυτες, που θεωρούνται η πρώτη ομάδα φυτών που αποικίζουν το χερσαίο περιβάλλον. Το γαμετόφυτο σχηματίζει το φυτικό σώμα και το σπορόφυτο εξαρτάται από αυτό.

Αυτά τα φυτά έχουν μια πολύ λεπτή επιδερμίδα και δεν έχουν stomata που ρυθμίζουν την εφίδρωση. Είναι πολύ ευαίσθητα στις αλλαγές υγρασίας, έτσι ώστε να μπορούν να αφυδατωθούν πολύ γρήγορα.

Η απορρόφηση ύδατος μπορεί να συμβεί σε ολόκληρο το φυτό ή μέσω των ριζωμάτων. Η αγωγή μπορεί να είναι με τριχοειδή δράση, με αποπλαστική ή απλοϊκή. Σε ορισμένες ομάδες υπάρχουν εξειδικευμένα κύτταρα στη μεταφορά νερού (υδροίδια).

Τα αρσενικά γαμέτες (σπερματοζωάρια) υποβαθμίζονται και απαιτούν την ύπαρξη νερού για να φτάσουν στο ωοκύτταρο (θηλυκό gameta).

Πολλοί βρύα έχουν μεγάλη ικανότητα να ανακάμπτουν από την αφυδάτωση. Δείγματα βοτάνων από Grimmia pulvinata ήταν βιώσιμα μετά από 80 χρόνια στεγνώματος.

Ευρετήριο

  • 1 Γενικά χαρακτηριστικά των βρύων
    • 1.1 Φυτικό σώμα του γαμετοφίτου
    • 1.2 αναπαραγωγικές δομές
    • 1.3 Esporofito
  • 2 Βλαστική δομή των βρύων και η σχέση τους με το νερό
    • 2.1 Προστατευτικά υφάσματα
    • 2.2 Απορρόφηση νερού
    • 2.3 Αγωγιμότητα νερού
  • 3 Η σεξουαλική αναπαραγωγή εξαρτάται από το νερό
  • 4 Ανοχή των βρύων στην αφυδάτωση
  • 5 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά των βρύων

Τα βρύα ανήκουν στην ομάδα των βρυοφυτικών ή μη αγγειακών φυτών, που χαρακτηρίζονται από το ότι δεν έχουν εξειδικευμένους ιστούς σε αγωγιμότητα νερού.

Το βλαστικό σώμα αντιστοιχεί στο γαμετόφυτο (απλοειδή φάση). Το σπορόφυτο (διπλοειδής φάση) είναι υποανάπτυκτη και εξαρτάται από το ότι το γαμετόφυτο διατηρείται.

Σε γενικές γραμμές, τα βρύα δεν φθάνουν σε μεγάλο μέγεθος. Μπορούν να κυμαίνονται από λίγα χιλιοστά έως 60 εκατοστά. Έχουν φυλλοειδή ανάπτυξη, με άκαμπτο άξονα (καούλιο) που στερεώνεται στο υπόστρωμα από μικρά νημάτια (ριζώματα). Έχουν δομές παρόμοιες με τα φύλλα (filidios).

Φυτικό σώμα του γαμετόφυτου

Το καρουλίδιο είναι όρθιο ή ερπετό. Τα ριζώματα είναι πολυκύτταρα και διακλαδισμένα. Οι φιλιδοί σχηματίζονται ελικοειδώς γύρω από το καρουλίδιο και είναι αφηρημένοι.

Το σώμα των βρύων σχηματίζεται πρακτικά από τον παρεγχυματώδη ιστό. Στις εξώτατες στοιβάδες ιστού ορισμένων δομών, μπορούν να εμφανιστούν πόροι τύπου stoma.

Ο Φειλίδος είναι πεπλατυσμένος. Έχει συνήθως ένα στρώμα κυττάρων, με εξαίρεση την κεντρική ζώνη (ακτή) όπου υπάρχουν πολλά.

Αναπαραγωγικές δομές

Οι δομές του φύλου σχηματίζονται στο βλαστικό σώμα του γαμετόφυτου. Τα βρύα μπορεί να είναι μονόικο (τα δύο φύλα στο ίδιο πόδι) ή τα διοξικά (φύλα σε ξεχωριστά πόδια).

Το αρχέριδιο αποτελεί την αρσενική σεξουαλική δομή. Μπορούν να έχουν σφαιρικό ή επιμηκυμένο σχήμα και τα εσωτερικά κύτταρα σχηματίζουν σπέρμα (αρσενικά γαμέτες). Τα σπερματοζωάρια παρουσιάζουν δύο μαστίγια και απαιτούν κινητοποίηση με νερό.

Οι θηλυκές σεξουαλικές δομές ονομάζονται archegonia. Έχουν σχήμα μπουκαλιού με ευρεία βάση και μακρύ στενό τμήμα. Μέσα σε αυτά σχηματίζεται το ωοκύτταρο (θηλυκό gameta).

Esporofito

Όταν η γονιμοποίηση του ωαύτου εμφανίζεται στο archegonium, σχηματίζεται ένα έμβρυο. Αρχίζει να διαιρεί και να σχηματίζει το διπλοειδές σώμα. Αποτελείται από ένα κέλυφος που συνδέεται με το γαμετόφυτο, του οποίου η λειτουργία είναι η απορρόφηση νερού και θρεπτικών ουσιών.

Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένα pedicel και σε μια κορυφαία θέση η κάψουλα (esporangio). Όταν ωριμάσει, η κάψουλα παράγει το archesporio. Τα κύτταρα του ιδίου υποβάλλονται σε μείοσία και σχηματίζονται σπόρια.

Τα σπόρια απελευθερώνονται και διασκορπίζονται από τον άνεμο. Αργότερα βλαστάνουν να προέρχονται από το βλαστικό σώμα του γαμετόφυτου.

Η φυτική δομή των βρύων και η σχέση τους με το νερό

Τα βρυόφυτα θεωρούνται τα πρώτα φυτά που αποικίζουν το χερσαίο περιβάλλον. Δεν ανέπτυξαν ιστούς υποστήριξης ή παρουσία λιγνοποιημένων κυττάρων, επομένως είναι μικρού μεγέθους. Ωστόσο, παρουσιάζουν ορισμένα χαρακτηριστικά που έχουν ευνοήσει την ανάπτυξή τους εκτός του ύδατος.

Προστατευτικά υφάσματα

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά που επέτρεψε στα φυτά να αποικίσουν το επίγειο περιβάλλον, είναι η παρουσία προστατευτικών υφασμάτων.

Τα χερσαία φυτά έχουν ένα λιπαρό στρώμα (επιδερμίδα) που καλύπτει τα εξωτερικά κύτταρα του σώματος του φυτού. Θεωρείται ότι αυτή είναι μία από τις πιο σχετικές προσαρμογές για την επίτευξη της ανεξαρτησίας του υδάτινου περιβάλλοντος.

Στην περίπτωση των βρύων, υπάρχει μία λεπτή επιδερμίδα σε τουλάχιστον μία από τις επιφάνειες των πτερυγίων. Ωστόσο, η δομή του ίδιου επιτρέπει την είσοδο νερού σε ορισμένες περιοχές.

Από την άλλη πλευρά, η παρουσία των stomata επέτρεψε στα χερσαία φυτά να ρυθμίσουν τις απώλειες νερού μέσω της διαπνοής. Στο φυτικό σώμα του βρύου γκαμετόφυτα δεν εμφανίζονται στοματικά.

Εξαιτίας αυτού, δεν μπορούν να ελέγξουν τις απώλειες νερού (είναι ποικυλοϋδρικές). Είναι πολύ ευαίσθητα στις μεταβολές της υγρασίας στο περιβάλλον και δεν είναι σε θέση να συγκρατούν το νερό μέσα στα κύτταρα όταν υπάρχει έλλειμμα νερού.

Στην κάψουλα του σποριοφύτου πολλών ειδών έχει παρατηρηθεί η παρουσία των στοματίων. Έχουν συσχετιστεί με την κινητοποίηση νερού και θρεπτικών ουσιών προς το σπορόφυτο και όχι με τον έλεγχο της απώλειας νερού.

Απορρόφηση νερού

Στα αγγειακά φυτά, η απορρόφηση του νερού γίνεται μέσω των ριζών. Στην περίπτωση των βρυοφύτων, τα ριζωματώδη συνήθως δεν έχουν αυτή τη λειτουργία αλλά αυτή της στερέωσης στο υπόστρωμα.

Τα βρύα έχουν δύο διαφορετικές στρατηγικές απορρόφησης νερού. Σύμφωνα με τη στρατηγική που παρουσιάζουν, ταξινομούνται ως:

Ενδοϋδρικά είδη: το νερό λαμβάνεται απευθείας από το υπόστρωμα. Τα ριζοειδή παρεμβαίνουν στην απορρόφηση και αργότερα το νερό διεξάγεται εσωτερικά σε ολόκληρο το σώμα του φυτού.

Εξοχρωματικά είδη: Η απορρόφηση του νερού συμβαίνει σε όλο το σώμα του φυτού και μεταφέρεται με διάχυση. Ορισμένα είδη μπορεί να έχουν μια μάλλινη κάλυψη (tomentum) που ευνοεί την απορρόφηση του νερού που υπάρχει στο περιβάλλον. Αυτή η ομάδα είναι πολύ ευαίσθητη στην ξήρανση.

Τα endohydric είδη είναι σε θέση να αναπτυχθούν σε ξηρότερο περιβάλλον από ό, τι τα εξανθρακικά.

Αγωγιμότητα νερού

Στα αγγειακά φυτά το νερό οδηγείται από το ξυλόμιο. Τα κύτταρα αγωγιμότητας αυτού του ιστού είναι νεκρά και με πολύ λιγνιτικούς τοίχους. Η παρουσία xylem τους καθιστά εξαιρετικά αποτελεσματική στη χρήση του νερού. Αυτό το χαρακτηριστικό τους επέτρεψε να αποικίσουν μεγάλο αριθμό οικοτόπων. 

Στα βρύα, δεν υπάρχει παρουσία λιγνοποιημένων ιστών. Η αγωγιμότητα του νερού μπορεί να συμβεί με τέσσερις διαφορετικούς τρόπους. Ένα από αυτά είναι η κυτταρο-κυτταρική κίνηση (απλοϊκή πορεία). Άλλοι τρόποι είναι οι εξής:

Αποπλαστικό: Το νερό μετακινείται μέσω του αποπλάστη (τοίχοι και διακυτταρικοί χώροι). Αυτός ο τύπος οδήγησης είναι πολύ πιο γρήγορος από τον απλοϊκό. Είναι πιο αποτελεσματική σε αυτές τις ομάδες που έχουν χοντρά κυτταρικά τοιχώματα, λόγω της μεγαλύτερης υδραυλικής αγωγιμότητάς τους.

Χώροι για τα μαλλιά: σε ομάδες αιθοϋδριδίων η κινητοποίηση του νερού τείνει να είναι με τριχοειδή. Μεταξύ των φίλντιων και του καρουλιού σχηματίζονται τριχοειδείς χώροι που διευκολύνουν τη μεταφορά του νερού. Τα τριχοειδή αγγεία μπορούν να φτάσουν μήκη μέχρι 100 μm.

Υδροειδή: η παρουσία ενός υποτυπώδους συστήματος αγωγιμότητας έχει παρατηρηθεί σε είδη endohydric. Υπάρχουν εξειδικευμένα κύτταρα στη διοχέτευση του νερού που ονομάζονται υδροίδια. Αυτά τα κύτταρα είναι νεκρά, αλλά οι τοίχοι τους είναι λεπτές και πολύ διαπερατές στο νερό. Είναι διατεταγμένα σε σειρές το ένα πάνω από το άλλο και βρίσκονται σε κεντρική θέση στο caulidio.             

Υδατοεξαρτώμενη σεξουαλική αναπαραγωγή

Τα βρύα έχουν μαρκαδόρους αρσενικούς γαμέτες (σπέρμα). Όταν το antheridium ωριμάσει, η ύπαρξη νερού είναι απαραίτητη για να ανοίξει. Μόλις εμφανιστεί η αποκάλυψη, το σπέρμα παραμένει επιπλέου στο φιλμ νερού.

Για την εμφάνιση της λίπανσης είναι απαραίτητη η παρουσία νερού. Το σπέρμα μπορεί να παραμείνει βιώσιμο στο υδατικό μέσο για περίπου έξι ώρες και μπορεί να ταξιδέψει σε αποστάσεις μέχρι 1 cm.

Η άφιξη των αρσενικών γαμετών στα ανθερίδια ευνοείται από την επίδραση των σταγονιδίων νερού. Όταν εκτοξεύονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις, φέρνουν πολλά σπερματοζωάρια. Αυτό έχει μεγάλη σημασία στην αναπαραγωγή διοϊκών ομάδων.

Σε πολλές περιπτώσεις, τα ανθερίδια είναι διαμορφωμένα σαν ένα κύπελλο, το οποίο διευκολύνει τη διασπορά του σπέρματος όταν συμβαίνει η πρόσκρουση του νερού. Τα βρύα της συνήθειας ερπυσμού, φτάνουν να σχηματίζουν περισσότερο ή λιγότερο συνεχή στρώματα νερού μέσω των οποίων κινούνται οι γαμέτες.

Ανοχή των βρύων στην αφυδάτωση

Μερικά βρύα αναγκάζονται να είναι υδρόβια. Αυτά τα είδη δεν είναι ανεκτικά στην αποξήρανση. Ωστόσο, άλλα είδη είναι σε θέση να αναπτυχθούν σε ακραία περιβάλλοντα, με έντονες ξηρές περιόδους.

Επειδή είναι poikilohydric, μπορούν να χάσουν και να αποκτήσουν νερό πολύ γρήγορα. Όταν το περιβάλλον είναι ξηρό, μπορεί να χάσει μέχρι και το 90% του νερού και να ανακάμψει όταν η υγρασία αυξηθεί.

Το είδος Tortula ruralis έχει αποθηκευτεί με περιεκτικότητα σε υγρασία 5%. Όταν επανυδατώθηκε, ήταν σε θέση να ανακτήσει τη μεταβολική του ικανότητα. Μια άλλη ενδιαφέρουσα περίπτωση είναι αυτή του Grimmia pulvinata. Τα δείγματα βοτάνων ηλικίας άνω των 80 ετών ήταν βιώσιμα.

Αυτή η ανοχή στην αφυδάτωση πολλών βρύων περιλαμβάνει στρατηγικές που τους επιτρέπουν να διατηρούν την ακεραιότητα των κυτταρικών μεμβρανών.

Ένας από τους παράγοντες που βοηθά στη διατήρηση της κυτταρικής δομής είναι η παρουσία πρωτεϊνών που ονομάζονται ρεϋδρίνες. Συμμετέχουν στη σταθεροποίηση και την ανασύσταση των κατεστραμμένων μεμβρανών κατά τη διάρκεια της αφυδάτωσης.

Σε ορισμένα είδη, έχει παρατηρηθεί ότι η κενοτοπία χωρίζεται σε πολλά μικρά κενοτόπια κατά τη διάρκεια της αφυδάτωσης. Με την αύξηση του περιεχομένου της υγρασίας, συγχωνεύονται και σχηματίζουν ένα μεγάλο κενό.

Τα φυτά που αντέχουν σε μεγάλες περιόδους αφυδάτωσης παρουσιάζουν αντιοξειδωτικούς μηχανισμούς, επειδή η ζημία από την οξείδωση αυξάνεται με το χρόνο της αφυδάτωσης.

Αναφορές

  1. Glime J (2017) Υδάτινες σχέσεις: στρατηγικές φυτών. Κεφάλαιο 7-3. Στο: Glime J (επιμ.) Οικολογία βρυοφύτων Τόμος Ι. Φυσιολογική Οικολογία. Ebook που χρηματοδοτείται από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν και τη Διεθνή Ένωση Βρυολόγων. 50.pp.
  2. Glime J (2017) Υδάτινες σχέσεις: Ενδιαιτήματα. Κεφάλαιο 7-8. Στο: Glime J (επιμ.) Οικολογία βρυοφύτων Τόμος Ι. Φυσιολογική Οικολογία. Ebook που χρηματοδοτείται από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν και τη Διεθνή Ένωση Βρυολόγων. 29.pp.
  3. Green T, L Sancho και A Pintado (2011) Οικοφυσιολογία κύκλων αφυδάτωσης / επανυδάτωσης σε βρύα και λειχήνες. Στο: Lüttge U, Ε. Beck and D Bartels (eds) Ανοχή αποξηράνσεως φυτών. Οικολογικές Μελέτες (Ανάλυση και Σύνθεση), τόμος 215. Springer, Βερολίνο, Χαϊδελβέργη.
  4. Izco J, E Barreno, M Brugues, Μ Costa, J Devesa, F Fernández, Τ Gallardo, X Llimona, Ε Salvo, S Talavera και B Valdés (1997) Botany. McGraw Hill - Interamerican της Ισπανίας. Μαδρίτη, Ισπανία 781 σελ.
  5. Montero L (2011) Χαρακτηρισμός ορισμένων φυσιολογικών και βιοχημικών χαρακτηριστικών του βρύου Pleurozium schreberi που σχετίζονται με την ικανότητά του να ανέχεται την αφυδάτωση. Διατριβή για να υποβάλει αίτηση για τον τίτλο του γιατρού στις γεωργικές επιστήμες. Τμήμα Γεωπονίας, Εθνικό Πανεπιστήμιο της Κολομβίας, Μπογκοτά. 158 σελίδες.