Las cañas comunes y otras plantas de humedales transportan gases a través de una red de espacios entre sus celdas.
Introducción
En un pantano lleno de juncos en primavera, el viento susurra entre las frondas, las libélulas zumban en el aire y el extraño canto de un avetoro americano resuena por toda la tierra. Es un ecosistema próspero que alberga una gran variedad de plantas y animales. Sin embargo, las plantas en un humedal de este tipo enfrentan un gran desafío: crecer en un suelo tan anegado que es más difícil que el oxígeno llegue a sus raíces.
La estrategia
Las plantas toman dióxido de carbono a través de sus hojas y usan el carbono como material para construir sus estructuras. Pero toman oxígeno a través de sus raíces para proporcionar energía para llevar a cabo el crecimiento y la reparación.
Aunque las raíces de las plantas terrestres están enterradas, pueden extraer oxígeno de las bolsas de aire dentro del suelo. La mayor parte del oxígeno ingresa a las raíces a través de la difusión, cuando las moléculas se mueven de áreas con concentraciones más altas a áreas con concentraciones más bajas. En suelos muy húmedos, esto se vuelve mucho más difícil porque la difusión de oxígeno en el agua es 10,000 veces más lenta que en el aire. Entonces las cañas (como la caña común, Phragmites australis) han desarrollado otra forma de respirar que es muy similar a usar un tubo respirador.
Diferentes alturas de juncos rotos encuentran corrientes de aire con diferentes velocidades y presiones, creando un flujo dentro y fuera de las estructuras internas de los juncos.
El aire entra en las cañas comunes a partir de tallos rotos o plantas muertas que están todas conectadas a través de estructuras submarinas llamadas rizomas. Muchas especies de plantas de humedales tienen rizomas que crecen horizontalmente justo debajo de la superficie del suelo, con muchos tallos que crecen hacia arriba y muchas raíces que crecen hacia abajo. El aire que entra a través de un tallo roto o una planta muerta puede llegar a otras secciones sanas a través de esta red.
El aire que transporta oxígeno se mueve a través de espacios en los tejidos de la planta, llamados aerénquima. Si las cuentas de vidrio vertidas en un jarrón cilíndrico representaran las células dentro del tallo de una planta, el espacio entre las cuentas sería el aerénquima, que se forma cuando las células se separan o colapsan.
El flujo continuo atrae el aire hacia los tallos rotos de algunas cañas, enviando oxígeno desde los tallos hasta los rizomas.
Los espacios de aerénquima se basan en gradientes de presión para conducir los gases desde áreas de alta presión a áreas de baja presión. En algunos casos, el aire ingresa a las secciones vivas de la planta a través de los estomas (agujeros de intercambio de gases) de las vainas de las hojas, enviando oxígeno desde los tallos hacia los rizomas (desde donde puede difundirse hacia las raíces), y empujando el aire obsoleto. el aire de los tallos rotos.
En otros casos, los tallos rotos de diferentes alturas crean un sistema de ventilación pasiva. Esto se debe al principio de Bernoulli: cuanto más rápido se mueve el aire, menor es su presión. Dado que el aire más cercano al suelo es más lento debido a la fricción y la turbulencia, el aire alrededor de los tallos más altos es más rápido y tiene una presión más baja. Esto extrae el aire viciado de los tallos rotos más altos y lleva aire fresco rico en oxígeno a los tallos rotos más cortos.
La eliminación del aire viciado puede ser tan importante como la entrada de aire fresco. Los gases como el dióxido de carbono (que las raíces producen a través de la respiración celular de oxígeno) y el etileno se extraen hacia arriba desde las raíces, hacia los rizomas y, finalmente, hacia el aire. Aunque las plantas forman etileno para que actúe como una especie de que influye en el crecimiento, la investigación muestra que algunas raíces de plantas prosperan con bajas concentraciones de etileno, mientras que concentraciones más altas pueden atrofiar su crecimiento. Por lo tanto, la capacidad de las plantas de los humedales para ventilar este gas puede ayudarlas a mantenerse saludables y seguir creciendo.
Las posibilidades
Comprender cómo los humedales transportan gases podría ayudar a desarrollar tecnologías que eliminen la contaminación del agua o que transporten gases, como el gas natural, de manera más eficiente. Cuando los desastres naturales como los terremotos atrapan a las personas debajo de los edificios derribados, tal vez las redes de intercambio de gases podrían ventilar el dióxido de carbono y bombear oxígeno para ayudar en los esfuerzos de recuperación. El estudio del aerénquima puede incluso conducir a terapias médicas basadas en el concepto de redes múltiples de flujo de gas para suministrar oxígeno (o eliminar toxinas) a tejidos corporales específicos para promover la curación.
