Биљна циркулација – како је могуће да дрвеће постоји?

Време читања: 5 минута

У јучерашњем тексту бавили смо се неким од најважнијих особина воде, а сада је време да последице тих особина применимо како бисмо успели да објаснимо постојање дрвећа. Хајде да почнемо наизглед једноставним питањем:

Због чега би постојање дрвећа уопште било чудно?

Најстарији преци биљака (као и свих других организама) развијали су се искључиво у воденој средини, па све до пре око 500 милиона година на копну није било вегетације. Међутим, када су биљке почеле да напуштају воду и селе се на новооткривене копнене територије, сусреле су се са бројним проблемима, а један од најозбиљнијих био је управо недостатак воде.

Како прве копнене биљке нису имале развијене органе за складиштење воде, њихов раст био је значајно ограничен влажношћу станишта. Временом се код њих развио корен, чији је главни задатак да сакупља воду и минералне материје из земљишта и предаје их осталим ћелијама биљке. Вода која се у том случају нађе у ћелијама корена постепено прелази (дифундује) у друге ћелије у којима је по правилу мање воде и на тај начин се цео биљни организам хидрира.

Е сад, замислите да ваш организам воду транспортује кроз тело искључиво на овај начин. Замислите да се сваки пут када попијете воду она полако и постепено креће из ћелије у ћелију – колико би времена било потребно да вода доспе до ваших стопала?

Није баш идеално, зар не?

Због његове величине, нереално је очекивати од људског организма да брзо и ефикасно спроводи воду од главе до пете, па можемо рећи да пренос воде дифузијом није довољно брз за велике организме. Како бисмо ефикасније преносили течност (и друге материје) кроз организам, свако од нас поседује посебан систем који служи баш овој сврси – систем за циркулацију.

Сличан систем, мада прилично другачије конципиран, можемо пронаћи и код виших биљака у виду проводних снопића, скупова ћелија и ћелијских фузија чији је задатак спровођење материја кроз биљни организам. Постојање засебног система за транспорт омогућава биљкама да релативно брзо преносе потребне материје од корена до листова (и назад), па самим тим оно омогућава и развој изузетно високих и добро развијених јединки. 

Посебан део проводног система код биљака је ксилем и он је задужен за транспорт воде и минералних материја од корена до свих осталих делова биљке. На примеру ксилема упознаћемо се са последњим аспектом приче о води – капиларним појавама.

Присетимо се да молекули воде могу интераговати међусобно, али и са разним другим молекулима близу којих се нађу. Неке супстанце су хидрофилне и добро интерагују с водом, док су неке хидрофобне и њихове интеракције са молекулима воде су веома слабе. То значи да ће вода у контакту са хидрофилним површинама (папир, стакло) имати одличну интеракцију и разливати се по њима, а у контакту са хидрофобним (мастан папир, лист) ће се молекули воде радије држати заједно јер имају већу тенденцију да интерагују са другим молекулима воде него са нечим хидрофобним.

Интеракција воде са површинама пример је адхезије, док је међусобна интеракција водених (или било којих истих) молекула позната под називом кохезија. Ова два процеса представљају срж транспортних процеса у биљним организмима и управо је њима омогућено постојање већих животних форми као што је дрвеће.

Да се вратимо на ксилем: изглед ксилемских судова може варирати у зависности од врсте биљке, али оно што је нама у овој причи битно јесте да су ксилемски судови изузетно танке цевчице – капиларе. Верујем да вам је овај термин већ познат у контексту људског система за циркулацију, али је битно напоменути да је капилара било која цевчица чији је пречник реда величине 10 микрометара, па се зато капиларама могу назвати и појединачне цевчице ксилема. Оваква структура проводних судова омогућава молекулима воде да се крећу кроз биљни организам наизменичним деловањем кохезионих и адхезионих сила, па због тога можемо рећи да су за кретање воде у ксилему одговорне капиларне појаве.

Да пређемо на ствар – како вода стиже од корена до листова?

Замислите проводне снопиће који као нека врста мреже путева спајају тачку А у корену са различитим тачкама у биљном организму. Поред тачке А можемо изабрати и тачку Б која се налази у листу на самом врху крошње и пратити проток воде кроз ксилем на овом веома дугом аутопуту (највише дрво на свету мора преносити воду чак 116 метара увис!).

Када ћелије корена упију воду из средине у којој се налазе, та вода постепено дифузијом долази до ћелија ксилема, које су углавном постављене ближе центру стабла. Oвај процес је додатно убрзан тиме што воде углавном има више у подлози него у корену, па је прелазак воде у ћелије корена спонтан процес који омогућава мање-више сталан доток воде у доњи део биљке. Добар део ове воде се усмерава ка ксилемским судовима, те се на дну ксилемских цевчица може пронаћи одређена количина воде која је ту доспела тако што су околне ћелије вишак воде пребациле у празан простор ксилема. 

Ксилем ту воду не враћа активно назад пре свега зато што су ксилемске цевчице изграђене од мртвих ћелија које не бивају уништене већ заправо одумирањем попримају нову функцију (овај феномен се иначе среће само код биљака). Ово је важно јер се процес транспорта воде кроз биљку дешава искључиво због закона физике, а не због директног утрошка енергије од стране биљке, за разлику од нашег система за циркулацију којем је и те како потребна енергија за функционисање.

Када се вода нађе унутар ксилемске цевчице, молекули воде који се налазе близу зидова ксилема ће са тим зидовима интераговати (адхезија) и благо се подићи у цеви. Затим ће се за тим молекулима покренути и околни молекули воде који су водоничним везама повезани један за други (кохезија) и тако ће се, мало по мало, цео водени стуб издизати.

Међутим, чак ни када урачунамо допринос притиска воде из корена, кохезије и адхезије, бројке се не поклапају – када би ово били једини процеси који се дешавају унутар ксилема, вода би се могла попети до око једног метра висине, а јасно нам је да већина дрвећа значајно превазилази ову висину.

У чему је онда ствар?

Већ смо установили да су ксилемске цевчице мртве, тако да од њих биљка сигурно не може добити никакву помоћ. Коренов притисак је значајан, али само до одређене висине, и очигледно није довољан да би вода прешла пут који мора прећи до листова. Дакле, потребна нам је нека нова сила која ће моћи да повуче воду до њене крајње дестинације, те се зато сада окрећемо ка крају ксилема, ка нашој тачки Б.

Уопштено говорећи, тачка Б је нека тачка на површини листа. Мало конкретније, тачка Б је стома, мали отвор на површини листа преко којег вода испарава и на тај начин хлади биљку. Вода у стомама мора однекуд доћи и верујем да већ можете закључити одакле – са врхова ксилемских судова. Како вода испарава са врха воденог стуба, тако са собом повлачи онај слој воде који се налази непосредно испод, тај слој даље кохезионим силама повлачи слој испод и процес се понавља све до дна ксилемске цевчице. Дакле, уз мало физике и још мало помоћи од ћелија стоме које контролишу испаравање воде, дошли смо до система који већ око 400 милиона година омогућава дрвећу да премаши све границе величине. 

Чак 20 просечних жирафа, највиших животиња на свету, потребно је наслагати једну преко друге да бисмо достигли висину Хипериона, највишег тренутно живог дрвета, а све то због снопа мртвих цевчица кроз које вода сама тече.

Овим текстом завршавамо дводневно путовање кроз особине воде, најпознатијег молекула на свету и једињења кључног за опстанак живота на Земљи. Имајући у виду њен значај, који смо данашњим и јучерашњим текстом само додатно потврдили, сматрам да постоји само један начин да се ова прича заврши:

Чувајте воду, битно је.