التكيف التشريحي للنباتات الهوائية

يسمى النبات الذي لا يتطلب التربة للنمو بالنبات الهوائي، وأبرز مثالان على هذه النباتات هما: نبات الأوركيد والطحلب الإسباني، ويحدث التكيف في بعض النباتات الهوائية مثل سحلبيات فوقية العشوائية بأنّ يكون لها أوراق سميكة أو شمعية أو جلدية.

الفرق التشريحي بين النباتات الهوائية ونباتات الأرض

لفهم بنية -مورفولوجيا وتشريح- نباتات الأرض من الواجب التذكر أنّ الحياة النباتية بدأت من كائنات وحيدة الخلية في بيئة مائية، فلا يزال هناك عدة آلاف من الأنواع المختلفة من الطحالب وحيدة الخلية في الماء والمكشوفة إمّا على جذوع الأشجار والأوراق والتربة والسطح الصخري على سبيل المثال وفي الأماكن الرطبة بشكل مناسب.

أنتج تطور الطحالب في الماء بعض الأشكال الكبيرة جدًا متعددة الخلايا على سبيل المثال أنواع لاميناريا عشب البحر، وهذه النباتات الكبيرة جيدة في الماء ولكنها تفتقر إلى التكيفات اللازمة للحياة الأرضية، فهم يحتاجون إلى الاستحمام في الماء وهو مصدر للمغذيات الذائبة، ونظرًا لقدرتها على امتصاص العناصر الغذائية في معظم مساحة سطحها ليست هناك حاجة لنظام سباكة داخلي معقد مثل نسيج الخشب (النسيج الخشبي) واللحاء (خلايا تتكيف لتوصيل المواد المركبة في النبات) في الحزم الوعائية للنباتات البرية.

كما أنّها تفتقر إلى الجذور ولكن لها ثباتات وهي هياكل تتكيف لتثبيتها على ركيزة صلبة، ولكنها لا تمتص أعضاءً للمعادن والمياه مثل الجذور عادةً، وتفتقر إلى غطاء مقاوم للماء وطبقة خارجية معدلة من خلايا البشرة من النباتات البرية وتجف بسرعة إذا تعرضت للهواء، كما يأتي دعمها الميكانيكي من المياه المحيطة لذا فهي لا تحتاج إلى نسيج خشبي أو ألياف (خلايا مستطيلة سميكة الجدران ذات نهايات مدببة تصبح جدرانها الخلوية معززة باللجنين وهي مادة صلبة عند النضج وتشكل جزءًا من سكلرنشيما) للنباتات الأرضية.

كما أنّها من الصحيح أنّها قاسية ومرنة للغاية ويمكن لمعظمها أن تنجو من حركة الموجة العنيفة، حتى تكاثرهم يعتمد على إطلاق الأمشاج من الذكور والإناث في الماء من حولهم.

البنية التركيبية لنباتات الأرض

لا تزال بعض أنواع النباتات الأرض تعتمد على طبقة من الماء لتسبح فيها الأمشاج الذكرية للوصول إلى الأمشاج الأنثوية وتأثير الإخصاب وعلى سبيل المثال الطحالب والسراخس، ولكن النباتات الأعلى مثل عاريات البذور وكاسيات البذور لها أعراس ذكور في حزمة واقية وحبوب اللقاح إلى الجزء الأنثوي المستقبلي من المخروط أو الزهرة، وهناك مجموعة واسعة جدًا من موائل الأرض وتُظهر النباتات الأرضية مجموعة رائعة من الأشكال والأحجام، وتتشارك الغالبية العظمى منها في أعضاء نباتية مميزة يمكن التعرف عليها بسهولة وهي الأوراق والجذور والساق.

تتكيف هذه الأعضاء -الأوراق والجذور والساق- مع الحاجة إلى الحصول على كمية كافية من الماء ونقلها والاحتفاظ بها للمساعدة في منع الذبول، وتحمل المواد المذابة وتحافظ على برودة النباتات عند الضرورة، وتحتوي معظم النباتات البرية على خلايا وأنسجة متخصصة للدعم الميكانيكي وأخرى للحركة داخل النبات من المواد التي يصنعونها.

يمنع الجلد القاسي (البشرة جنبًا إلى جنب مع المواد الشمعية في بعض الأحيان) فقدان الماء ولكنه يسمح بتبادل الغازات، ويمكن فتح وإغلاق المسام الصغيرة في البشرة في معظم الأوراق والسيقان الصغيرة، وتسمى هذه بالثغور والتي تنظم معدل حركة الماء والمعادن الذائبة داخل وخارج النبات، وفي بعض الأحيان تكون البشرة هي الجزء الرئيسي من النظام الميكانيكي أيضًا وتحمل الورقة الرئيسية أو مادة الساق بالداخل تحت الضغط الهيدروليكي.

في العديد من النباتات تُستكمل قوة الجلد بخلايا ميكانيكية صلبة مرتبة في مناطق مناسبة ميكانيكيًا، وهذه هي أشكال الخلايا المتصلبة (سكلرنشيما) ذات الجدران الخشنة: الألياف التي هي خلايا ممدودة وصلب والتي عادة ما تكون قصيرة نسبيًا حيث توجد مجموعة من الأنواع، وخلايا الكولنشيميا هي أيضًا نسيج داعم أو ميكانيكي يحدث في الأعضاء الشابة وفي أوراق معينة حيث الجدران بشكل رئيسي من السليلوز، وهنا تكون الجدران أكثر ثخانة في الزوايا بين جدران الخلايا أو في سماكة جدار الطبقة الصفائحية توجد بشكل أساسي على جدران الخلايا المضادة للخط.

البناء الضوئي في خلايا النباتات الهوائية

تُمنح النباتات المغمورة في الماء بعض الحماية من الأشعة فوق البنفسجية الضارة، وتحتاج النباتات البرية إلى آليات أخرى لمنع أضرار الأشعة فوق البنفسجية، حيث يتلف الصباغ الأخضر الكلوروفيل بسهولة بسبب الأشعة فوق البنفسجية، ونظرًا لأنّ هذا الصباغ ومجموعة الإنزيمات المتخصصة مسؤولة عن تحويل طاقة ضوء الشمس من خلال عملها على ثاني أكسيد الكربون والماء إلى سكريات وهي نقطة البداية لجميع الطاقة العضوية المخزنة على الأرض تقريبًا، فمن المهم جدًا أن تكون طرق الفحص بالأشعة فوق البنفسجية المطورة فعال.

تحتاج جميع النباتات الخضراء إلى الضوء من أجل عملية البناء الضوئي، وقد طورت النباتات استراتيجيات مختلفة تجعل الأوراق في وضع جيد للحصول على ضوء الشمس، وبعض النباتات (الحولية وسريعة الزوال) تضع أوراقها قبل النباتات المجاورة الأخرى وتستكمل دورتها السنوية أو الأقصر وتشكل البذور للجيل القادم، ويتقاعد البعض الآخر إلى شكل نائم (بعض النباتات المعمرة وكل سنتين) في وقت قد تكون مظللة بنباتات أطول، كما تطور العديد من الأنواع سيقانًا طويلة أو جذوعًا وتكشف أوراقها فوق المنافسة (بعضها نباتات حولية أو كل سنتين ولكن معظمها نباتات معمرة).

لا تمتلك بعض الأنواع من النباتات جذوعًا قوية ميكانيكيًا ولكنها تستخدم الدعم الذي يقدمه أولئك الذين يتسلقون أو يتدافعون فوقها (يمكن أن تكون إما نباتات حولية أو معمرة)، والنباتات ذات الحولين هي عبارة عن نباتات ذات دورة حياة مدتها سنتان، حيث يبنون جسمًا نباتيًا واحتياطيًا غذائيًا في السنة الأولى ثم الأزهار والفاكهة في السنة الثانية.

عوامل نمو النباتات الهوائية ذات ساق هوائية

العوامل الرئيسية التي يجب على جميع النباتات الأرض ذات السيقان الهوائية (فوق الأرض) والأوراق المرتبطة بها التغلب عليها:

1- ميكانيكي

أي يجب توفير الدعم بطريقة أو بأخرى بحيث يمكن أن تتعرض مساحة السطح المناسبة بالخلايا المحتوية على البلاستيدات الخضراء لأشعة الشمس لاعتراض الطاقة الشمسية وتثبيتها، وقد تكون خلايا الكلورانشيما هذه على السطح أو أسفل طبقات الخلايا الشفافة مباشرة، والنمو الثانوي في السماكة هو استراتيجية أخرى توفر قوة ميكانيكية للأجزاء فوق وتحت الأرض.

قد يكون النمو في السماكة صغيرًا نسبيًا في الحولية ولكن في النباتات المعمرة قد يكون واسع النطاق، ويتطلب استخدام كميات كبيرة من الطاقة في إنتاجه، وعند وجودها تختلف الطريقة التي يحدث بها النمو الثانوي بين الأحاديات والثنائيات.

2- خطر فقد الماء الزائد

أي يجب توفير الحماية لهم ضد فقدان الماء بشكل كبير من الأسطح المكشوفة، ويتم ذلك عمومًا عن طريق مزيج من طبقة خارجية شمعية وبشرة دهنية فوق البشرة (الجلد الخارجي)، ونظرًا لأنّ الماء يجب أن يتبخر من بعض الأسطح المكشوفة بحيث يمكن أن تحدث حركة الماء والمعادن الذائبة من خلال النبات (عملية النتح)، فإنّ معظم الأوراق والسيقان التي تحتفظ بالبشرة لها مسام منتظمة وثغور يمكن فتحها وإغلاقها الاستجابة للظروف السائدة.

3- القدرة على نقل المياه والمعادن

وذلك من التربة (النتح) عبر الجذور إلى المناطق حيث يمكن دمجها مع مواد أخرى لبناء جسم النبات، وحركة المواد الغذائية المركبة من موقع التوليف إلى أماكن النمو أو التخزين ومن المخازن إلى الخلايا النامية (الانتقال)، ومن الأمور ذات الأهمية الخاصة مستوى التحكم الهيكلي والفسيولوجي لعملية تحميل اللحاء، وترتبط النباتات المشبعة بجذورها بالنباتات الأخرى وتحصل على مياهها ومعادنها بطرق مختلفة.

4-التكاثر

وضع الأعضاء التناسلية لتمكين آلية مستقبلات حبوب اللقاح أو الأمشاج من العمل بنجاح وبعد الإخصاب وإنتاج البوغ أو البذور مما يضمن انتشار التكاثر.