تشريح النباتات الصحراوية وتكيف بنيتها في البيئة

عادة ما تظهر النباتات التي تنمو في ظروف جافة جدًا انخفاضًا في مساحة السطح المتبخر، وعندما يتم تطوير الأوراق فقد تكون صغيرة أو لها ميزات مختلفة قد تساعدها في تنظيم أو تقليل فقد الماء المحتمل، والنباتات عديمة الأوراق كما في العديد من نباتات الصباريات والفصيلة اللبنية وغيرها من النباتات تكون مع أوراق غير وظيفية، وبشكل عام يمكن تقسيم نباتات الجافوية إلى فئتين وهما  نباتات نفاذة للجفاف ونباتات مقاومة للجفاف.

أشكال التكيفات الداخلية في النبات

قد تتخذ التكيفات الداخلية في النباتات الجافة أحد شكلين رئيسيين وهما:

1- يمكنها تخزين الماء ثم توصف النباتات بأنّها عصارية.

2- أو يمكن أن توفر صلابة هيكلية مع القدرة على مقاومة الانهيار والتمزق عند التجفيف ثم يمكن وصف النباتات بأنّها تصلبية.

يعد تمزق الأنسجة وانشقاقها أحد الأسباب الرئيسية للإصابة الدائمة الناتجة عن الجفاف المفرط، فتكون الكلورانشيما المحاطة بقنوات صلبة مبطنة أقل عرضة للتمزق من تلك الموجودة في ورقة نبات الرطوبة المعتدلة غير المحمية وغير المشددة نسبيًا، وفي النباتات النضرة يوجد القليل جدًا من الأنسجة الميكانيكية إن وجدت وعادة لا يكون نسيج الخشب في النظام الوعائي سميكًا بقوة، فالعديد من كرسول أو كركب وما إلى ذلك من النوع العصاري ونبات الهاكيا أو الفرضاح (Hakea) ونبات الجولق  (Ulex) من النوع المتصلب.

بعض أنواع النباتات تظهر فقط أطراف أوراق شفافة فوق مستوى سطح الأرض، ويتم دفن بقية الورقة ولكنها تحتوي على الكلورانشيما والميزوفيل الذي يخزن الماء، وغالبًا ما تسمى هذه نباتات النوافذ، فالضوء قادر على اختراق نسيج التمثيل الضوئي من خلال الخلايا الشفافة التي تعمل مثل الألياف الضوئية.

تكيف الخلايا النباتية مع البيئة

على قمم الجبال تتعرض الأنواع الموجودة في الهواء الأقل كثافة لشمس عالي ويتعين عليها التعامل مع مستويات عالية جدًا من الأشعة فوق البنفسجية الضارة، فيمكن للبلاستيدات الخضراء التبييض وتصبح غير فعالة إذا اعترضت الكثير من الضوء فوق البنفسجي، ولقد وجد أنّ بعض الأنواع قد طورت حواجز شمسية طبيعية والتي غالبًا ما تتضمن مادة البوليفينول التي ترشح الأشعة فوق البنفسجية، وقد تكون هذه المواد في خلايا البشرة أو في طبقة أو اثنتين من الخلايا عديمة اللون تحت البشرة ولكن فوق الكلورانشيما.

بينما في الخلايا قد تكون المواد شفافة وعديمة اللون ولكن في بعض الأحيان تكون صفراء إلى بنية ويمكن أن يكون لها تأثير منع مباشر على الضوء مما يقلل من شدته، وهناك اهتمام تجاري كبير بمعرفة كيفية عمل هذه المواد الكيميائية وهيكلها، وكثير من الخلايا الصحراوية لها تحت الجلد وخلاياها سميكة الجدران، ويُعتقد أيضًا أنّ الميزوفيل المدمجة مع القليل من المساحات الهوائية تكون ذات طابع الصحراوي فعلى سبيل المثال كما في أنواع الصنوبر مع خلايا ميزوفيل ذو طيات، ومع ذلك فإنّ العديد من نباتات الصحراوية النضرة والمتصلبة بها ميزوفيل أو كلورانشيما جذعية تحتوي على مساحات هوائية وفيرة كما في نباتات لاكسمانيا وهيبولينا.

الفرق التكيفي بين النباتات الصحراوية والجبلية

هناك حاجة إلى التجارب لتحديد أهمية الأحجام الكبيرة من الغلاف الجوي الداخلي والتي يمكن أن تكون سمة من سمات كل من النباتات الصحراوية والنباتات المائية (hydromorphic)، فهل يمكن أن تكون الوظيفة هي نفسها في كلا النوعين من النباتات لأنّ كل منهما يمكن أن ينمو في ظل ظروف تسمح فقط بمعدل منخفض من التدفق في تيار النتح؟ فهناك أجزاء جبلية معينة من العالم حيث يمكن رؤية القليل من المياه السطحية إن وجدت لعدة أشهر من السنة، وحيث تتجمد مياه التربة في كثير من الأحيان، فالنباتات المتكأة هو شكل الحياة المميز في مثل هذه الأماكن.

من خلال ملاحظة العادة المدمجة وانخفاض مساحة سطح الأوراق والقصور الداخلي والجذور المخترقة على نطاق واسع ومعدل النمو البطيء، قد يُعتقد أنّ تشريح جميع هذه النباتات سيتوافق مع نوع النباتات الصحراوية، ومع ذلك لم يثبت صحة هذا تمامًا، وتظهر بعض الأنواع مثل بيكنوفيلوم مول (Pycnophyllum molle) من الفصيلة القرنفلية (Caryophyllaceae) التكيف المتوقع، فلديهم انخفاض شديد في مساحة سطح الورقة والأوراق مقيدة بشكل وثيق بالسيقان الأسطوانية، والثغور الغائرة موجودة فقط على السطح المحمي المحوري بين الحليمات.

لكن الأنواع الأخرى مثل الفصيلة الحمّاضيّة (Oxalidaceae) لديها القليل جدًا من التعديل الواضح للشفاء، فهذه الفصيلة الحمّاضيّة لها شعر وحليمات على الأوراق ولكن الثغور سطحية، والكلورانشيما للأوراق ليست مضغوطة، وأوراقها تشبه تلك الخاصة بالأعضاء المسطحة من الجنس، ويُظهر الساق والجذور تعديلاً مثيرًا للاهتمام ربما يكون مفيدًا للنبات الذي يجب أن يخترق الشقوق بين الصخور، ولا يوجد نسيج أو لحاء بين الأوعية ينتج أثناء النمو الثانوي وتبقى الحزم الوعائية منفصلة، وينتج الكامبيوم في المناطق بين الأوعية الحمة، وعلى ما يبدو يمكن للجذور والسيقان أن تلتف وتتشوه دون ضغط لا داعي له لإمداد الأوعية الدموية كما يظهر في العديد من الليانا.

تُظهر نباتات ياريتا (Azorella Compacta) من الفصيلة الخيمية أو الصيوانية (Umbelliferae) ميزات تشريحية يبدو أنّها مرتبطة بالبيئة الجبلية القاسية، فالأوراق صغيرة ولامعة جدًا (وبالتالي تعكس الضوء فوق البنفسجي)، وتوجد جذور مقلصة تساعد على إبقاء النبات ثابتًا بقوة على الرغم من الصقيع، وحزم الأوعية الدموية منفصلة كما هو الحال في الفصيلة الحمّاضيّة، وقنوات الراتنج وهي سمة عائلية متكررة، كما أنّ نبات أنثوريوم تريفاندروم (Anthobryum triandrum) من فصيلة جرمل أو فرنكية (Frankeniaceae) يتكيف جيدًا مع ظروف التجفيف والبرودة، والأوراق مجعدة مع ثغور محصورة في الأخاديد.

ومع ذلك فإنّ أسطوانة الأوعية الدموية مضغوطة ولا تتكون من حزم منفصلة، ولذا مرة أخرى لدينا دليل على أنّه يمكن الحفاظ على بعض الشخصيات العائلية في نباتات معدلة ومختصرة بدرجة كبيرة، وأنّ الأنواع المختلفة ذات التشريح المتنوع يمكنها التعامل مع مجموعة معينة من الظروف البيئية.

التغيير التكيفي للنبات في التشكل والتشريح

تظهر النباتات الملحية عصارة ترتبط عادةً بالظروف الجافة التي تنمو في المناطق المالحة حيث يوجد في الواقع جفاف فسيولوجي، وعلى الرغم من أنّ الجذور محاطة بالمياه إلّا أنّها يجب أن تستخرجها من التربة ضد قوة شفط كبيرة، وهذه النقطة لها تطبيقات في التغذية السائلة للنباتات من خلال طبقة من الحصى في البيوت الزجاجية، فيجب شطف الحصى بشكل دوري بمياه خالية من الملح أو يصبح تركيز الملح مرتفعًا بما يكفي لتجفيف النباتات.

النباتات التي تنمو في التربة التي تتجمد لجزء من السنة تتعرض أيضًا لظروف الجفاف، فالعديد من الصنوبريات في مثل هذه الموائل لها أوراق شبيهة بالإبر والقدرة على تنظيم تدفق المياه بشكل مناسب وفي كل من ظروف إمدادات المياه الكافية وغير الكافية، وغالبًا ما تكون عصارة النباتات التي تزهر وتنتج الأوراق قبل زوال الثلج والصقيع ذات طبيعة صمغية وتعمل كنوع من مضادات التجمد.

ربما يكون الصبار العمودي المضلع أفضل مثال على التغييرات التكيفية في التشكل والتشريح لتلبية الاحتياجات الوظيفية في بيئة جافة، فيسمح شكلها كعمود مخدد للساق بالتقلص والتوسع استجابة لفقد الماء وامتصاصه دون إتلاف أي خلايا، وهذه هي المسافة بين الحواف التي تتغير مع محتوى الماء فتكون الأضلاع أقرب عندما يحدث الإجهاد المائي وأبعد عندما يتراكم الماء، ويتم تسهيل هذه المرونة من خلال وجود غشاء تحت الجلد.

كما يسمح الشكل لأشعة الشمس المباشرة لفترة وجيزة فقط كل يوم وبالتالي تجنب ارتفاع درجة حرارة الأنسجة بينما تعمل الأضلاع نفسها على زيادة الضوء المنعكس إلى أقصى حد، وتعمل الأشواك كظل على طول الأضلاع، وتعمل الطبقة السميكة من الشموع فوق البنفسجية على زيادة انعكاس الضوء فوق البنفسجي الضار.

أيضًا تعمل الأضلاع مثل المشعات في تبديد الحرارة كما تفعل الأشواك التي هي أوراق معدلة، وخلال الليالي الباردة تكون الأضلاع والأشواك هي المناطق التي تتكثف فيها الرطوبة وتتقطر و / أو تمتد إلى الجذور عند قاعدة النباتات، ولذلك لا يمكن للأشواك أن تمنع الحيوانات العاشبة فحسب بل يمكنها أيضًا توفير الظل والعمل كمشعات وتساعد على جمع الرطوبة.