Η βιολογία των φυτών
Φωτοσύνθεση
Tα φυτά κατέχουν την μοναδική ιδιότητα να φωτοσυνθέτουν. Κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης τα φυτά λαμβάνουν ενέργεια απορροφώντας ηλιακό φως, διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Τα φωτοσυνθετικά κύτταρα που βρίσκονται στα φύλλα και στον κορμό των φυτών περιέχουν χρωστικές οι οποίες απορροφώντας την ενέργεια του φωτός μετατρέπουν το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο. Το υδρογόνο δεσμεύεται πρώτα με το διοξείδιο του άνθρακα που υπάρχει στη στήλη του ενυδρείου μας και κατόπιν με το οξυγόνο, δημιουργώντας ενώσεις γλυκόζης, οι οποίες αποτελούν βασική μορφή ενέργειας. Το υπόλοιπο του οξυγόνου που δεν χρησιμοποιείται από αυτές τις διεργασίες ελευθερώνεται από τα φυτά με τη μορφή φυσαλίδων από τα φύλλα και τους μίσχους τους. Αυτό καταναλώνεται από τα βακτήρια που κρατούν τη βιολογία του φίλτρου, τα ζωντανά που υπάρχουν στο ενυδρείο μας και το υπόλοιπο ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα όταν φτάσει στην επιφάνεια του νερού του ενυδρείου.
Η φωτογραφία είναι copyright του πανεπιστημίου της Φλώριδας “Center of aquatic plants, University of Florida, Gainesville”
Η γλυκόζη που παράγεται κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης είναι διαλυτή στο νερό, κι αν αποθηκευτεί σε μεγάλες ποσότητες απορροφά νερό και δημιουργεί διόγκωση των κυττάρων στα οποία φυλάσσεται. Γι’ αυτό το λόγο τα φυτά μετατρέπουν τη γλυκόζη σε σύντομο χρονικό διάστημα σε άμυλο, το οποίο είναι αδιάλυτο στο νερό. Το άμυλο μεταφέρεται από τα ίδια τα φυτά σε διάφορα μέρη τους για αποθήκευση, όπου τις περισσότερες φορές είναι η περιοχή πάνω από τις ρίζες. Αξίζει να αναφερθεί, ότι μερικά φυτά έχουν ειδικούς τέτοιους χώρους αποθήκευσης στις ρίζες τους. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιου φυτού είναι η Nymphoides aquatica, η οποία παράγει έναν αριθμό τέτοιων ριζών σε σχήμα μπανάνας, όπου αποθηκεύει το άμυλο και άλλα θρεπτικά στοιχεία που χρειάζεται το φυτό για να αναπτυχθεί. Άλλα μέρη που μπορεί να αποθηκευτεί η γλυκόζη σε ένα φυτό είναι ο βολβός και το ρίζωμα. Όταν το φυτό χρειαστεί ποσότητα γλυκόζης, μετατρέπει το άμυλο σε γλυκόζη και το διανέμει στα σημεία όπου το χρειάζεται.
Ο ρυθμός φωτοσύνθεσης ενός φυτού δεν εξαρτάται από αυτό αλλά από εξωτερικούς παράγοντες που διεγείρουν τα κύτταρα που είναι υπεύθυνα για τη φωτοσύνθεση. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη φωτοσύνθεση είναι ως επί το πλείστον το φως, το διαθέσιμο διοξείδιο του άνθρακα, η θερμοκρασία και τα διάφορα ιχνοστοιχεία που υπάρχουν διαλυμένα στο νερό του ενυδρείου μας. Ακόμα και ένα από τα παραπάνω να βρίσκεται σε ανεπαρκή ποσότητα στο ενυδρείο μας, είναι βασικός λόγος για να μην φωτοσυνθέτει ένα φυτό. Υψηλότεροι ρυθμοί φωτοσύνθεσης βοηθούν στην γρηγορότερη ανάπτυξη των φυτών, την αναπαραγωγή τους και την καλή υγεία τους.
Φωτισμός
Τα φυτά φωτοσυνθέτουν μόνο όταν ο φωτισμός είναι κατάλληλος για να υπάρξουν συνθήκες φωτοσύνθεσης. Το βράδυ όπου τα φώτα του ενυδρείου σβήνουν, τα φυτά σταματούν να φωτοσυνθέτουν. Οι παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό της φωτοσύνθεσης είναι η ένταση και η διάρκεια του φωτισμού. Στη φύση τα φυτά λαμβάνουν φως περίπου 12 ώρες το 24ωρο. Η ένταση του φωτός ποικίλει ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν στη φύση την εκάστοτε στιγμή. Αυτό σημαίνει ότι κάποιες στιγμές μπορεί να υπάρχει λιγότερο φως λόγω συννεφιάς ή άλλων παραγόντων και άλλες φορές η ένταση του φωτός να είναι μέγιστη. Μέγιστη ένταση στη φύση έχουμε κυρίως το μεσημέρι. Στο ενυδρείο πρέπει να ακολουθούμε περίπου την ίδια χρονική φωτοπερίοδο και συνήθως προτείνεται δυνατός φωτισμός ή συνδυασμός λαμπτήρων ώστε να εξομοιώνουμε τις συνθήκες της φύσης. Σε ενυδρεία όπου υπάρχει δυνατός φωτισμός (~1 Watt/lt), δεν θα πρέπει να έχουμε όλη την ένταση του φωτισμού για πάνω από 8 ώρες. Αν μάλιστα σκεφτούμε το φωτισμό στο φυσικό περιβάλλον των φυτών θα δούμε ότι τη μέγιστη ένταση την λαμβάνουν μόνο για λίγες ώρες κατά τη διάρκεια της μέρας (κατά το μεσημέρι). Ενώ κατά την ανατολή και μέχρι το μεσημέρι, και μετά το μεσημέρι μέχρι τη δύση ο φωτισμός είναι αρκετά πιο χαμηλός και αυξάνεται ή ελαττώνεται ομοιόμορφα. Αν στο ενυδρείο αφήσουμε ανοιχτό το φωτισμό για περισσότερες ώρες από 12, τότε η φωτοσύνθεση θα συνεχίσει να υπάρχει, δημιουργώντας όμως προβλήματα όπως την εξάντληση των φυτών, σε σημείο όπου μπορεί τα φυτά να αυτοκαταστραφούν (λόγω εξάντλησης).
Σημαντικό ρόλο παίζει και το φάσμα του φωτισμού στο ενυδρείο. Έτσι, αν φυτά που ζουν και αναπτύσσονται σε σκιερά μέρη στη φύση (φυτά αργής ανάπτυξης όπως η οικογένεια anubias), τα τοποθετήσουμε κάτω από υψηλό φωτισμό στο ενυδρείο, τότε θα δημιουργηθεί πρόβλημα. Τα φυτά αυτά θα αφομοιώνουν θρεπτικά συστατικά και διοξείδιο του άνθρακα με μικρότερο ρυθμό από τα φυτά γρήγορης ανάπτυξης, και η αύξηση της φωτοσύνθεσης λόγω δυνατού φωτισμού θα δημιουργήσει ελλείψεις ιχνοστοιχείων στον οργανισμό τους, ακόμα και αν στον περιβάλλοντα χώρο τους υπάρχει αφθονία ιχνοστοιχείων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα φυτά απορροφούν με συγκεκριμένο ρυθμό τα θρεπτικά συστατικά, ενώ δεν μπορούν να ελέγξουν το ρυθμό της φωτοσύνθεσης, ο οποίος εξαρτάται από εξωτερικούς παράγοντες.
Διοξείδιο του άνθρακα
Τα φυτά λαμβάνουν την απαραίτητη ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που χρειάζονται από το περιβάλλον νερό και από το υπόστρωμα. Στο φυσικό τους περιβάλλον, όπου η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα είναι χαμηλή, τα υδρόβια φυτά έχουν αναπτύξει ένα δικό τους τρόπο να προσλαμβάνουν τις απαραίτητες ποσότητες που χρειάζονται. Αυτό παρατηρείται κυρίως σε φυτά που ζουν σε “σκληρά” νερά όπως της οικογένειας Vallisneria και Egeria. Σε “σκληρά” νερά η πιθανότητα να δεσμευτεί το διοξείδιο του άνθρακα με άλλες ανόργανες ενώσεις σε άλατα ανθρακικών οξέων είναι πολύ μεγαλύτερη απ’ ότι σε “μαλακά” νερά. Τα φυτά που ζουν σε αυτά τα μέρη έχουν αναπτύξει ένα μηχανισμό όπου προσλαμβάνουν τα ανθρακικά αυτά άλατα και τα διασπούν σε άνθρακα, δημιουργώντας στη συνέχεια διοξείδιο του άνθρακα που χρειάζονται για να αναπτυχθούν.
Πολλά φυτά αναπτύσσουν φύλλα τα οποία φτάνουν στην επιφάνεια και επιπλέουν. Τα φυτά αυτά παίρνουν ένα μεγάλο μέρος του διοξειδίου του άνθρακα που χρειάζονται από τον ατμοσφαιρικό αέρα, όπου η συγκέντρωση είναι μεγαλύτερη απ’ ότι στο νερό. Υπάρχουν επίσης φυτά, που ο κορμός τους βγαίνει έξω από το νερό, απ’ όπου απορροφούν όχι μόνο διοξείδιο του άνθρακα, αλλά και οξυγόνο το οποίο το μεταφέρουν στις ρίζες τους για καλύτερη οξυγόνωση της γύρω περιοχής.
Έχει παρατηρηθεί ότι τις περισσότερες φορές που έχουμε αργή ανάπτυξη των φυτών στα ενυδρεία, η αιτία είναι η έλλειψη διοξειδίου του άνθρακα. Ο καλύτερος τρόπος συμπλήρωσης διοξειδίου του άνθρακα στο ενυδρείο μας, είναι με τη χρήση μπουκάλας διοξειδίου υπό πίεση με χρήση κατάλληλου διαχυτήρα.
Θρεπτικά συστατικά
Οι χρωστικές που είναι υπεύθυνες για τη φωτοσύνθεση (χλωροφύλλη) παράγονται από τα φυτά μέσα στα κύτταρά τους. Προκειμένου να έχουμε παραγωγή χλωροφύλλης, τα φυτά χρειάζονται θρεπτικά συστατικά. Σε αυτά ανήκουν τα μίκρο- αλλά και μάκρο- στοιχεία όπως το μαγνήσιο, το κάλιο, ο σίδηρος, το άζωτο, το φώσφορο κ.α. Η ύπαρξη των θρεπτικών αυτών συστατικών είναι βασικός παράγοντας για τη σωστή και υγιή ανάπτυξη των φυτών.
Περισσότερες πληροφορίες για τα θρεπτικά συστατικά και το ρόλο που εξυπηρετούν στην ανάπτυξη των φυτών μπορείτε να δείτε στις ενότητες “Θρεπτικά συστατικά & λιπάσματα” και “Μάκρο- και μίκρο- στοιχεία“.
Ο ρόλος της φωτοσύνθεσης στο χρώμα των φυτών
Το χρώμα κάθε αντικειμένου όπως το αντιλαμβάνεται ο άνθρωπος, παράγεται από χρωστικές που ανακλούν τα αντίστοιχα μήκη κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας που πέφτει πάνω στο αντικείμενο. Έτσι, για παράδειγμα, όταν σε μία πράσινη χρωστική πέσει ένα φάσμα φωτός, αυτή απορροφά σχεδόν όλο το φάσμα, ανακλώντας μόνο τα μήκη κύματος που αντιστοιχούν στην πράσινη περιοχή του προσπίπτοντος φάσματος. Αυτό, κάνει το αντικείμενο που περιέχει τις πράσινες χρωστικές να φαίνεται πράσινο. Στα φυτά, οι πράσινες φωτοσυνθετικές χρωστικές είναι συνήθως η χλωροφύλλη, η οποία βρίσκεται σε δομές που λέγονται χλωροπλάστες, μέσα στα κύτταρα των φυτών. Η χλωροφύλλη παράγεται στα μέρη του φυτού που λαμβάνουν το περισσότερο φως, όπου συνήθως είναι τα φύλλα. Οι ρίζες των φυτών που βρίσκονται στο υπόστρωμα δεν περιέχουν χλωροφύλλη και γι’ αυτό δεν είναι πράσινες.
Στην φωτογραφία φαίνεται το φυτό Echinodorus ‘ozelot’ το οποίο έχει στα φύλλα του και τα δύο είδη χρωστικών.
Αναφέραμε νωρίτερα ότι τα φυτά έχουν ελάχιστο έλεγχο στο ρυθμό φωτοσύνθεσης. Έτσι, όσο περισσότερο φως έχουν, τόσο περισσότερο φωτοσυνθέτουν. Κάτω από συνθήκες υψηλού/ έντονου φωτισμού πολλές φορές τα φυτά λαμβάνουν περισσότερο φως απ’ ότι χρειάζονται για να παράγουν τις απαραίτητες ποσότητες γλυκόζης. Αν αυτό γίνεται σε συνεχή βάση, τα φυτά μπορεί να αναπτύξουν μία άλλη μορφή φωτοσύνθεσης, η οποία φωτοσυνθέτει με χαμηλότερους ρυθμούς. Αυτό συνήθως συμβαίνει χρησιμοποιώντας διαφορετικές φωτοσυνθετικές χρωστικές από τη χλωροφύλλη, οι οποίες ονομάζονται καροτινοειδείς. Το χρώμα τους μπορεί να είναι από ανοιχτό κίτρινο έως και σκούρο κόκκινο. Χαρακτηριστικά, σε κάποια είδη της οικογένειας των εχινόδορων παρατηρούμε ότι υπάρχουν και τα δύο είδη χρωστικών. Αυτό φαίνεται από τα πράσινα φύλλα τους, τα οποία φέρουν καφεκόκκινες κηλίδες.
Ανάλογα με το φωτισμό, τα φύλλα των φυτών μπορεί να έχουν χρώμα πράσινο, καφέ ή και κόκκινο. Σε κάποια φυτά, το χρώμα των φύλλων τους παραμένει πάντα το ίδιο, ενώ σε άλλα μπορεί να μεταβάλλεται ανάλογα με την ένταση του φωτισμού. Την ένταση και το είδος του φωτισμού που χρειάζεται ένα φυτό στο ενυδρείο μας, μπορούμε εύκολα να το διαπιστώσουμε κοιτώντας το χρώμα των φύλλων των διαφόρων φυτών. Αν το χρώμα των φύλλων ενός φυτού είναι κόκκινο, σημαίνει ότι στη φύση βρισκόταν κάτω από συνθήκες υψηλού φωτισμού, άρα και στο ενυδρείο μας για να αναπτυχθεί και να φωτοσυνθέτει ικανοποιητικά, χρειάζεται έντονο φωτισμό. Τα κόκκινα φύλλα αρκετών φυτών όταν πρωτοβγαίνουν είναι πράσινα και στην πορεία αλλάζουν σε κόκκινα. Αν παρατηρήσουμε ότι τα νέα φύλλα τέτοιων φυτών σταματήσουν να γίνονται κόκκινα ή αρχίσουν να ξαναγίνονται πράσινα από κόκκινα, αυτό σημαίνει ότι ο φωτισμός του ενυδρείου μας δεν είναι ικανοποιητικός για την σωστή φωτοσύνθεση και ανάπτυξή τους.
Πολλά φυτά, και ιδιαίτερα της οικογένειας των κρυπτοκορίνων, έχουν φύλλα χρώματος καφέ. Αυτό συμβαίνει γιατί στη φύση τα φυτά αυτά βρίσκονται κάτω από σκιά, με αποτέλεσμα να έχουν αναπτύξει φωτοσυνθετικές χρωστικές που απορροφούν το πράσινο χρώμα, προκειμένου να μπορέσουν να ζήσουν στις συνθήκες αυτές. Αυτά τα φυτά μπορούν να τοποθετηθούν και στο ενυδρείο μας κάτω από ψηλότερα φυτά ώστε να βρίσκονται στη σκιά. Αν για οποιοδήποτε λόγο βρεθούν σε συνθήκες άμεσου υψηλού φωτισμού, τότε με την πάροδο του χρόνου, αρχίζουν να αλλάζουν τις φωτοσυνθετικές χρωστικές τους σε πράσινες, αλλάζοντας και το χρώμα των φύλλων τους σε πράσινο.
Αυτό συμβαίνει γιατί πλέον το φάσμα του φωτός που εκλαμβάνουν αλλάζει σε σχέση με τις βιοτοπικές συνθήκες διαβίωσής τους. Η πράσινη φωτοσυνθετική χρωστική όπως η χλωροφύλλη, είναι πολύ πιο χρήσιμη σε αυτού του είδους τα φυτά απ’ ότι η καφέ. Χαρακτηριστικό παράδειγμα του γεγονότος αλλαγής χρωστικών, αποτελεί το φυτό στην παραπάνω φωτογραφία (cryptocoryne wendtii ‘brown’), του οποίου τα φύλλα από καφέ, άλλαξαν σιγά σιγά (σε περίοδο 9 μηνών) σε πράσινα λόγω τοποθέτησής του στο ενυδρείο σε χώρο όπου λαμβάνει άμεσα δυνατό φωτισμό.
Cryptocoryne wendtii ‘brown’
Αναπνοή και οξυγόνωση
Η διαδικασία της αναπνοής γίνεται στα κύτταρα των φυτών και βοηθάει στη διάσπαση των ιχνοστοιχείων που απορροφούν τα φυτά και την απελευθέρωση ενέργειας στα κύτταρά τους. Κατά τη διαδικασία αυτή, τα φυτά απορροφούν οξυγόνο και αποβάλλουν διοξείδιο του άνθρακα. Όπως καταλαβαίνουμε, η διαδικασία της αναπνοής των φυτών είναι ακριβώς η αντίθετη από αυτή της φωτοσύνθεσης, με μόνη διαφορά ότι σε αυτήν την περίπτωση δεν χρησιμοποιείται η ενέργεια του φωτός. Η διαδικασία της αναπνοής συμβαίνει όλο το 24ωρο και δεν σταματάει το βράδυ, όπως της φωτοσύνθεσης.
Ένα πράγμα που θα πρέπει να προσέξουμε κατά την αναπνοή των φυτών είναι ότι απορροφούν το διαλυμένο στο νερό οξυγόνο. Έτσι, σε ένα πυκνοφυτεμένο ενυδρείο υπάρχει μεγάλη πιθανότητα κατά τη διάρκεια της νύχτας να δεσμευτεί όλο το οξυγόνο που υπάρχει στο νερό από τα φυτά και να κινδυνέψουν οι ζωντανοί οργανισμοί. Αυτό δεν μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια της ημέρας γιατί η παραγωγή οξυγόνου από τη φωτοσύνθεση είναι πάντα μεγαλύτερη από την κατανάλωση οξυγόνου κατά τη διαδικασία της αναπνοής. Ας μην ξεχνάμε όμως πως και οι υπόλοιποι ζωντανοί οργανισμοί στο ενυδρείο μας, όπως τα ψάρια, τα ασπόνδυλα και οι αποικίες βακτηρίων αναπνέοουν καταναλώνοντας κι αυτά οξυγόνο. Καταλαβαίνουμε δηλαδή, ότι κατά την περίοδο της νύχτας όλοι αυτοί οι οργανισμοί μπορεί να καταναλώσουν όλη την ποσότητα του οξυγόνου που βρίσκεται διαλυμένη στο νερό και ειδικά εάν το ενυδρείο μας είναι πυκνοφυτεμένο και με πολλά ψάρια, με αποτέλεσμα τον κίνδυνο ασφυξίας των ζωντανών μας στο ενυδρείο. Συνήθως σε ένα ενυδρείο όπου τα ψάρια βρίσκονται σε σωστή αναλογία με τα λίτρα του νερού και υπάρχουν αρκετά φυτά, η οξυγόνωση από τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης κατά τη διάρκεια της μέρας είναι αρκετή για να καλύψει τις νυχτερινές ανάγκες σε οξυγόνο για τη διαδικασία της αναπνοής των φυτών, των ψαριών και των υπολοίπων ζωντανών οργανισμών. Τυχόν πρόβλημα που μπορεί να δημιουργηθεί μπορεί εύκολα να λυθεί με άμεσο ή έμμεσο τρόπο. Ο ένας τρόπος είναι να χρησιμοποιήσουμε μια αεραντλία ώστε κατά τη διάρκεια της νύχτας να εκλύει οξυγόνο στο νερό, ενώ ο άλλος είναι να έχουμε την έξοδο κάποιου φίλτρου ή κυκλοφορητή στραμένη ελαφρώς προς στην επιφάνεια του ενυδρείου ώστε να δημιουργεί ανατάραξη στην επιφάνεια του νερού. Συνήθως η ανατάραξη αυτή είναι αρκετή ώστε να υπάρχει μια μόνιμη οξυγόνωση στο νερό του ενυδρείου μας.
Τέλος, να σημειώσουμε ότι τα φυτά δεν θέλουν υψηλά επίπεδα οξυγόνωσης στο νερό γιατί τους μειώνει την ικανότητα απορρόφησης των διαφόρων ιχνοστοιχείων και γιατί με αυτόν τον τρόπο φεύγει το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα που υπάρχει στο νερό και το οποίο είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη των φυτών. Από την άλλη όμως, τα ψάρια χρειάζονται οξυγόνο σε καλα επίπεδα (6-8mg/lt) στο ενυδρείο. Άρα, αυτό που θα πρέπει να σκεφτούμε είναι το πως θα βρούμε τη χρυσή τομή ώστε και τα ψάρια να είναι υγιή και να μην κινδυνεύουν από ασφυξία, αλλά και τα φυτά να είναι σε όσο το δυνατόν καλύτερες συνθήκες. Γι’ αυτό, καλό είναι η υποστήριξη του ενυδρείου με μηχανικά μέσα ώστε να υπάρχει περαιτέρω οξυγόνωση, να χρησιμοποιείται μόνο κατά τις νυχτερινές ώρες και όχι σε συνεχή βάση.
Βιβλιογραφία
– Center of Aquatic plants, University of Florida, Gainesville
– Encyclopedia of Aquarium Plants by Peter Hiscock
