Drogi transportu wody i gazów u roślin wodnych - część 2.

Transport gazów.

Ważnym warunkiem dla dobrego rozwoju roślin wodnych i ziemnowodnych jest zdolność do transportu O₂ z pędów w dół rośliny do korzeni. Najbardziej wydajnie proces ten odbywa się za pomocą aerenchymy (miękisz powietrzny, który w roślinach pełni funkcję tkanki przewietrzającej). Tkanka ta ciągnie się od produkujących tlen liści poprzez łodygi w dół do korzeni. W tkance tej transport O₂ odbywa się poprzez dyfuzję w fazie gazowej (Dyfuzja - proces samorzutnego przenikania cząsteczek jednej substancji pomiędzy cząsteczki drugiej substancji. Może zachodzić pomiędzy ciałami o różnych stanach skupienia). Tylko czasami tlen jest transportowany poprzez dyfuzję w wodzie kiedy musi przedostać się przez ściany merystemów wierzchołkowych (wierzchołkowe stożki wzrostu pędu i korzenia).  Większość roślin wodnych jest prawdopodobnie w stanie prowadzić metabolizm oparty na procesie fermentacji (Fermentacja - oddychanie beztlenowe). Jednakże metabolizm tlenowy jest podstawowym procesem ze względu na większą wydajność energetyczną. Należy dodać, że niedostateczny transport tlenu do korzeni generalnie redukuje funkcje życiowe korzeni ze względy na toksyfikację w szczególności siarczkami.  W przypadku prawidłowego transportu tlenu do korzeni tworzy się strefa wokół korzenia, w której zachodzą procesy utleniania co neutralizuje siarczki.

Niektóre rośliny rozwinęły bardziej zaawansowany system, który umożliwia szybszy transport tlenu tak więc nie muszą one polegać na wolniejszym procesie dyfuzji. W latach 80-tych wykazano, że lilie wodne posiadają system, który przewietrza korzenie i kłącza poprzez masowy przepływ powietrza. Proces ten ma miejsce tylko u roślin, których liście mają bezpośredni kontakt z powietrzem. W tym miejscu powietrze wnika do najmłodszych liści i płynie w dół poprzez ogonki liściowe i dalej do kłączy gdzie gazy rozpuszczone w wodzie znajdującej się w porach  dyfundują do strumienia powietrza. Następnie strumień powietrza ulatnia się poprzez starsze liście. W tym miejscu powietrze stanowi mieszaninę powietrza atmosferycznego i gazów, które do niego dyfundowały. Przepływ powietrza jest napędzany różnicą temperatury i wilgotności co nie wymaga od rośliny nakładu energetycznego. Późniejsze badania wykazały istnienie takiego systemu transportu tlenu również u innych roślin. Pozwala  im to kolonizować obszary gdzie występuje niedobór tlenu w podłożu.

Dostępność dwutlenku węgla w formie gazowej (CO₂) jest limitowana w wodzie w przeciwieństwie do powietrza. W wielu naturalnych ekosystemach wzrost roślin jest ograniczony dostępnością tego gazu. Dlatego znaczna część współczesnych akwariów jest wyposażona w system nawożenia wody CO₂ w celu zapobieżenia jego niedoborom. Niektóre rośliny wodne wykształciły zaawansowane strategie aby uniknąć niedoborów CO₂ w naturalnym środowisku. Najważniejszą adaptacją jest zdolność wykorzystywania wodorowęglanów (HCO₃^-), których wysokie stężenie występuje w wodzie alkalicznej i morskiej.  Jednakże adaptacja ta posiada pewne ograniczenia a mianowicie przekształcenie HCO₃^- do CO₂ wymaga nakładu energii. Zdolność do wykorzystywania zasobów węgla z wodorowęglanów jest unikalna dla roślin wodnych i występuje u większość organizmów autotroficznych od cyjanobakterii do okrytonasiennych (Autotrofy - organizmy samożywne, organizmy zdolne do syntetyzowania związków organicznych z prostych związków nieorganicznych, wykorzystujące w tym celu energię świetlną (fotosynteza) lub energię uwalnianą w czasie reakcji chemicznych (chemosynteza). Autotrofami są wszystkie rośliny zielone, glony, sinice i niektóre bakterie).

Jednakże mała grupa roślin wodnych, jak Lobelia dortmanna, wykształciły zupełnie inną technikę pozyskiwania dwutlenku węgla. Są one w stanie wykorzystywać duże zasoby CO₂  znajdujące się w osadzie dennym do prowadzenia fotosyntezy w komórkach liści. Wysoki poziom CO₂  w osadzie dennym powstaje w wyniku procesów mineralizacji materii organicznej. Aerenchyma jest wyjątkowo dobrze rozwinięta u Lobelii. Liście tej rośliny posiadają dwa bardzo duże  rozstępy, które biegną w dół poprzez  łodygę i korzenie na zewnątrz w ten sposób, że każdy rozstęp kończy się w oddzielnym, pojedynczym korzeniu. Roślina jest niska (mniej niż 10 cm) tak więc występujący proces dyfuzji w formie gazowej jest ciągle efektywny. Dlatego CO₂ może przenikać (dyfundować) do korzeni a stamtąd poprzez łodygę do liści.

W dodatku liście Lobelii są pokryte cienką warstwą woskowej kutykuli, która zapewnia, że CO₂ nie ulatnia się (dyfunduje) do otaczającej roślinkę wody lecz jest zatrzymywany w liściach na potrzeby fotosyntezy. W zamian za to cały tlen powstały w procesie fotosyntezy przemieszcza się (dyfunduje) z liści w dół poprzez korzenie na zewnątrz do osadu dennego. To w szczególności czyni Lobelię wyjątkową rośliną ponieważ cała wymiana gazowa zachodzi na zewnątrz, wokół korzeni rośliny a nie głównie na powierzchni liści jak to ma miejsce u innych roślin. Lobelia zamieszkuje środowiska, w których osad denny jest ubogi w składniki pokarmowe a zużycie tlenu jest stosunkowo niskie. Zakłada się, że wymiana gazowa tej roślinki wzbogaca w tlen denny osad co umożliwia skolonizowanie go przez organizmy tlenowe.

Na podstawie publikacji Ole Pedersena by Fisherfisher