Φυτικό Βασίλειο
ΦΥΤΙΚΟ ΒΑΣΙΛΕΙΟ
Με τον όρο φυτό χαρακτηρίζεται ένας από τους τύπους με τους οποίους εμφανίζεται η ζωή στη γη, κι ο όρος φυτό είναι γενική ονομασία που δίνεται στα ποώδη, θαμνώδη και δενδρώδη ζώντα είδη. Τα Φυτά (Plantae) αποτελούν ένα από τα 4 βασίλεια (μαζί με τα Ζώα, τα Πρώτιστα και τους Μύκητες) που σχηματίζουν το υπερβασίλειο των Ευκαριωτικών οργανισμών (Ευκάρυα). Ως κύρια χαρακτηριστικά γνωρίσματα των φυτών (φυτικών οργανισμών) προβάλλονται: η αδυναμία μετακίνησης και μερική έλλειψη αισθήσεων, η παρουσία χλωροφύλλης και η θρέψη αυτών από ανόργανες ενώσεις με την λειτουργία της φωτοσύνθεσης. Επίσης, η παρουσία της κυτταρίνης στα φυτικά κύτταρα, που λείπει τελείως στα ζωϊκά, είναι εκείνη που αποτελεί και τον ασφαλέστερο χαρακτήρα των φυτών. Στα φυτά ανήκουν και τα φαρμακευτικά (medical plants) και τα αρωματικά φυτά (culinary herbs).
ΙΣΤΟΡΙΑ ΦΥΤΩΝ
Τα στοιχεία δείχνουν ότι τα πρώτα φύκη σχηματίστηκαν πάνω στη γη 1.200 εκατομμύρια χρόνια πριν, αλλά δεν ήταν μέχρι την Ορδοβίκιο περίοδο, περίπου 450 εκατομμύρια χρόνια πριν, όταν τα χερσαία φυτά εμφανίστηκαν. Ωστόσο, νέα στοιχεία από τη μελέτη των αναλογιών των ισοτόπων του άνθρακα σε βράχους του Προκάμβριου έχει δείξει ότι τα σύνθετα φωτοσυνθετικά φυτά αναπτύχθηκαν πάνω στη γη πριν από 1 δις χρόνια. Αυτά ξεκίνησαν να διαφοροποιηθούν προς το τέλος της Σιλούριου Περιόδου, περίπου 420 εκατομμύρια χρόνια πριν, και τα αποτελέσματα της διαφοροποίησής τους εμφανίζονται με αξιοσημείωτη λεπτομέρεια σε πρώιμα ορυκτά του Δεβόνιο συνόλου από το πυριτόλιθο Rhynie. Σε αυτόν τον πυριτόλιθο διατηρούνται τα πρώτα φυτά με κυτταρική λεπτομέρεια, απολιθωμένα σε ηφαιστειακές πηγές. Έως τα μέσα της Δεβόνιου Περιόδου τα περισσότερα από τα χαρακτηριστικά που αναγνωρίζονται στα φυτά σήμερα είναι παρόντα, συμπεριλαμβανομένων των ριζών, φύλλων και δευτέροντος ξύλου, και μέχρι το τέλος του Δεβόνιου οι σπόροι είχαν εξελιχθεί. Αργά τα φυτά του Δεβόνιου είχαν φτάσει έτσι σε ένα βαθμό πολυπλοκότητας που τους επέτρεψε και να σχηματίσουν δάση ψηλών δέντρων. Η εξελικτική καινοτομία συνεχίστηκε και μετά την δεβόνιο περίοδο. Οι περισσότερες ομάδες φυτών ήταν σχετικά αλώβητες από την Πέρμια - Τριασική εξαφάνιση, αν και οι δομές των κοινοτήτων άλλαξαν. Αυτό μπορεί να βοήθησε την εξέλιξη των ανθοφόρων φυτών στο Τριαδικό (~ 200 εκατομμύρια χρόνια πριν), η οποία επιταχύνθηκε στην Κρητιδική περίοδο και το Τριτογενές. Η τελευταία μεγάλη ομάδα φυτών που εξελίχθηκε ήταν τα χόρτα, τα οποία έγιναν σημαντικά στα μέσα του τριτογενούς, πριν από περίπου 40 εκατομμύρια χρόνια. Τα χόρτα, καθώς και πολλές άλλες ομάδες, εξέλιξαν νέους μηχανισμούς μεταβολισμού για να επιβιώσει των χαμηλών εκπομπών CO2 και το θερμό και ξηρό μέρος των τροπικών τα τελευταία 10 εκατομμύρια χρόνια.
Οι πρώτοι ζώντες οργανισμοί της δημιουργίας έπρεπε να μπορούν να τρέφονται με ανόργανες ουσίες, αφού δεν υπήρχαν ζώντες οργανισμοί που θα δημιουργούσαν τις οργανικές ουσίες. Οι ανόργανες ουσίες όμως ως γνωστόν δεν παρέχουν ενέργεια. Έτσι, παράλληλα με τη δυνατότητα τροφής από ανόργανες ουσίες, έπρεπε να μπορούν να αξιοποιούν κάποια υπάρχουσα ενέργεια έξω από τα φυτά. Η μοναδική ενέργεια που υπήρχε, όπως υπάρχει και τώρα άφθονη και ανεξάντλητη, ήταν η ενέργεια του ήλιου, η οποία έφθανε και φθάνει στη γη ως ακτινοβολία φωτός. Οργανισμοί που μπορούν και τρέφονται με ανόργανες ουσίες και λαμβάνουν ενέργεια από τις ακτίνες του ήλιου είναι μόνον εκείνοι που μπορούν και συνθέτουν οργανικές ουσίες με τη βοήθεια του φωτός, δηλαδή φωτοσυνθέτουν. Φυτικούς οργανισμούς που φωτοσυνθέτουν συναντούμε από τους πιο μικροσκοπικούς προκαρυωτικούς (φυτοπλαγκτόν) μέχρι τους πιο μεγάλους ευκαριωτικούς οργανισμούς, που είναι τα φυτά.
Ιστορικά ο πρώτος μελετητής των φυτών ήταν ο Αριστοτέλης (384-322 π.Χ.). Στα «Φυσικά» του υπάρχει Γραμματεία με τίτλο «Περί φυτών». Το έργο του Αριστοτέλη το συνέχισε ο μαθητής του Θεόφραστος, από την Ερεσό της Λέσβου (372-287 π.Χ.), ο οποίος έγραψε δύο σπουδαία συγγράμματα. Το πρώτο «Περί των φυτών ιστορία» (9 βιβλία, όπου αναφέρονται ονόματα, περιγραφή, καταγωγή και ιαματικές ιδιότητες πολλών φυτών) και το δεύτερο «Περί φυτών αιτιών» (6 βιβλία, που είναι συνέχεια του προηγούμενου και ερμηνεύει βάσει των Αριστοτελικών δογμάτων τη γένεση και τις θεραπευτικές ιδιότητες των φυτών). Επίσης τον 1ο αιώνα μ.Χ., ασχολήθηκε με τα φυτά ο Πεδάνιος Διοσκουρίδης ο Αρναζαβεύς, ο οποίος αναφέρθηκε κυρίως στη θεραπευτική αξία των φυτών, καθόσον περιγράφει 1.003 «ιατρικές ύλες», από τις οποίες οι 794 είναι φυτικές. Πολύ αργότερα, αφού πέρασαν πάνω από δύο αιώνες από το τέλος του μεσαίωνα, άρχισαν να ασχολούνται πάλι ορισμένοι με τα φυτά. Πρώτος ήταν ο Γάλλος βοτανολόγος Joseph Pitton de Tournefort (1656-1708) και ακολούθησε ο Κάρολος Λινναίος (Carolus Linnaeus 1707-1778), Σουηδός φυσιοδίφης, καθηγητής του Πανεπιστημίου της Ουψάλα. Ο Λινναίος ασχολήθηκε κυρίως με την ταξινόμηση φυτών και ζώων και γι’ αυτό θεωρείται ο πατέρας της ταξινόμησης του φυτικού και ζωικού Βασίλειου. Το πιο σπουδαίο έργο του είναι το «Species plantarum» κα «Systema Naturae».
ΤΑ ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΚΑΙ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ
Το 1665 ο Ρ. Xουκ (Robert Hooke), παρατηρώντας με το μικροσκόπιο του λεπτές τομές φελλού, μίλησε πρώτη φορά για τα κύτταρα. Παρόλο που αυτά που παρατήρησε δεν ήταν κύτταρα εντούτοις τα θεμέλια της κυτταρικής θεωρίας είχαν τεθεί. Πολύ αργότερα διατυπώθηκε η κυτταρική θεωρία σύμφωνα με την οποία η θεμελιώδης δομική και λειτουργική μονάδα όλων των οργανισμών είναι το κύτταρο, καθώς και ότι κάθε κύτταρο προέρχεται από ένα άλλο κύτταρο. Με τη βοήθεια του οπτικού και ηλεκτρονικού μικροσκοπίου έχουν ερευνηθεί τα κύτταρα των πολυκύτταρων και μονοκύτταρων οργανισμών και ως αποτέλεσμα αυτής της έρευνας τα κύτταρα ταξινομούνται σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά.
Το κύτταρο λοιπόν είναι η δομική και λειτουργική μονάδα της ζωής. Όλοι οι οργανισμοί, από τους πιο απλούς έως τους πιο σύνθετους, όπως ο άνθρωπος αποτελούνται από ένα ή περισσότερα κύτταρα. Για παράδειγμα, ένα μέσο ανθρώπινο σώμα αποτελείται από περισσότερα από 75 τρισεκατομμύρια κύτταρα, όμως υπάρχουν και αυτόνομες μορφές ζωής που αποτελούνται από ένα μόνο κύτταρο, το οποίο επιτελεί όλες τις απαραίτητες λειτουργίες για την ύπαρξή του. Παρ’ όλο που τα κύτταρα αυτά διαφέρουν πολύ μεταξύ τους στους διάφορους οργανισμούς, όλα έχουν κοινή καταγωγή και κοινές ανάγκες. Γι’ αυτό το λόγο εμφανίζουν και πολλά κοινά βασικά χαρακτηριστικά. Τα περισσότερα κύτταρα είναι πάρα πολύ μικρά και δεν μπορούμε να τα δούμε με γυμνό μάτι. Το ερώτημα που απασχολεί όμως ακόμα και σήμερα τον επιστημονικό κόσμο, είναι πώς δημιουργήθηκαν τα πρώτα κύτταρα; Σύμφωνα με μία θεωρία γενικά αποδεκτή, πριν από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια περίπου, όταν η Γη μας ήταν ακόμα σε νεαρή ηλικία, η επιφάνειά της ήταν γεμάτη από ηφαίστεια και η ατμόσφαιρα τότε περιείχε δηλητηριώδη αέρια και καθόλου οξυγόνο. Τότε, κάποιες χημικές ουσίες εκτοξεύτηκαν στην ατμόσφαιρα από ηφαιστειακές εκρήξεις και αντέδρασαν με τους κεραυνούς και την υπεριώδη ακτινοβολία. Αυτές οι χημικές ουσίες μετατράπηκαν σε πιο μεγάλα και πιο σταθερά μόρια, όπως τα αμινοξέα και τα νουκλεϊκά οξέα. Η βροχή τα μετέφερε στην επιφάνεια της Γης, όπου σχημάτισαν μια αρχέγονη σούπα από τα δομικά συστατικά των κυττάρων (λιπίδια, πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα).
Τα λιπίδια και οι πρωτεΐνες σχημάτισαν μια μεμβράνη, μέσα στην οποία κλείστηκαν άλλες ουσίες. Αυτές οι δομές ήταν τα πρώτα κύτταρα. Σιγά σιγά, όμως, μετά από εκατομμύρια χρόνια εξελίχτηκαν και έδωσαν τα πιο απλά κύτταρα, που γνωρίζουμε σήμερα, και τα οποία αποτελούνται από το κυτταρόπλασμα και την κυτταρική μεμβράνη. Η κυτταρική μεμβράνη είναι το φυσικό σύνορο του κυττάρου, που το ξεχωρίζει από το περιβάλλον του. Βοηθά το κύτταρο, να κρατά τα συστατικά του ενωμένα, να επικοινωνεί με το περιβάλλον του, να τρέφεται και ταυτόχρονα να απεκκρίνει τις άχρηστες ουσίες, να ελέγχει την είσοδο και την έξοδο ουσιών από το κύτταρο και να αμύνεται απέναντι στα μικρόβια ή τις τοξίνες που το προσβάλλουν. Το κυτταρόπλασμα είναι ο χώρος εσωτερικά από την κυτταρική μεμβράνη και είναι ζελατινώδες. Σε αυτό πραγματοποιούνται όλες οι λειτουργίες του κυττάρου. Επιπλέον, σε κάποιο σημείο του κυτταροπλάσματος είναι συγκεντρωμένο το γενετικό υλικό. Στο γενετικό υλικό βρίσκονται όλες οι πληροφορίες που χρειάζεται το κύτταρο για να ελέγξει τη δομή και τη λειτουργία του. Αυτά τα αρχικά κύτταρα ονομάζονται προκαρυωτικά και οι πιο χαρακτηριστικοί προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι τα βακτήρια, τα οποία είναι απλά, συνήθως μονοκύτταρα (από ένα μόνο κύτταρο) και έχουν διάφορες δομές, όπως μαστίγια και βλεφαρίδες.
Κατά την πορεία της εξέλιξης, επειδή το γενετικό υλικό των κυττάρων έπρεπε να προφυλαχθεί από διάφορα μικρόβια ή χημικές ουσίες, σχηματίστηκε ο πυρήνας, ο οποίος χωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με μια διπλή μεμβράνη, την πυρηνική μεμβράνη, που επιλέγει ποιες ουσίες θα ανταλλαχτούν μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος. Ο πυρήνας περιέχει σχεδόν όλο το γενετικό υλικό ενός κυττάρου και τα κύτταρα που τον διαθέτουν ονομάζονται ευκαρυωτικά. Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί μπορεί να είναι μονοκύτταροι ή πολυκύτταροι, όπως τα φυτά και τα ζώα, με πιο εξελιγμένο ζώο τον άνθρωπο.
Όλα τα κύτταρα για να επιβιώσουν, αλλά και για να φτιάξουν τις δομές τους και να λειτουργήσουν, πρέπει να φτιάχνουν πρωτεΐνες. Έτσι, κάθε κύτταρο, από το πιο απλό έως το πιο σύνθετο, έχει κάποιες δομές μέσα στο κυτταρόπλασμά του, που λέγονται ριβοσώματα. Αυτά βοηθούν το κύτταρο να συνθέσει τις πρωτεΐνες που του είναι απαραίτητες. Κάθε κύτταρο έχει ως σκοπό του την αύξηση και την αναπαραγωγή του. Βέβαια, οι μονοκύτταροι οργανισμοί μπορούν να αυξηθούν μόνο μέχρι ένα συγκεκριμένο μέγεθος και συνήθως είναι μικροσκοπικοί. Επίσης, πρέπει να κάνουν και όλες τις λειτουργίες που τους είναι απαραίτητες για την επιβίωση. Οι πολυκύτταροι οργανισμοί, αντίθετα, αποτελούνται από πάρα πολλά κύτταρα, τα οποία είναι εξειδικευμένα, δηλαδή εκτελούν μία μόνο λειτουργία. Για παράδειγμα στον άνθρωπο, τα μυικά κύτταρα βοηθούν στην κίνηση, τα νευρικά κύτταρα δέχονται και μεταφέρουν μηνύματα.
ΤΟ ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ
Το φυτικό κύτταρο περιβάλλεται από την πλασματική μεμβράνη, η οποία δομείται από λιπίδια και πρωτεΐνες. Η πλασματική μεμβράνη διαχωρίζει και εξατομικεύει το κύτταρο από το περιβάλλον του. Ο ρόλος της όμως δεν περιορίζεται στο να είναι ένα απλό σύνορο. Ελέγχει επιπλέον ποιες ουσίες εισέρχονται ή εξέρχονται από το κύτταρο εξυπηρετώντας την επικοινωνία του με το περιβάλλον. Ο πυρήνας έχει, συνήθως, σχήμα σφαιρικό ή ωοειδές και αποτελεί το «κέντρο ελέγχου» του κυττάρου. Εκεί βρίσκεται το γενετικό υλικό (DNA) στο οποίο είναι καταγραμμένες οι πληροφορίες για όλα τα χαρακτηριστικά του κυττάρου (δομικά και λειτουργικά). Περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη (πυρηνική) με ανοίγματα (πόρους), μέσω των οποίων γίνεται ανταλλαγή μορίων μεταξύ του πυρήνα και του υπόλοιπου κυττάρου. Τον χώρο ανάμεσα στην πλασματική μεμβράνη και στον πυρήνα καταλαμβάνει το κυτταρόπλασμα. Στο κυτταρόπλασμα υπάρχουν διάφορα οργανίδια, τα οποία επιτελούν τις διάφορες λειτουργίες του κυττάρου.
1. Ενδοπλασματικό δίκτυο:
Είναι ένα σύστημα μεμβρανών που συνδέονται με την πλασματική και την πυρηνική μεμβράνη. Αποτελεί ένα ενιαίο δίκτυο αγωγών και κύστεων, μέσω των οποίων εξασφαλίζεται η μεταφορά ουσιών σε όλα τα μέρη του κυττάρου. Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διακρίνουμε δύο μορφές ενδοπλασματικού δικτύου, το αδρό και το λείο. Στην επιφάνεια του αδρού ενδοπλασματικού δικτύου υπάρχουν μικροί σχηματισμοί, τα ριβοσώματα, που του δίνουν όψη αδρή (τραχιά). Τα ριβοσώματα αποτελούνται από πρωτεΐνες και RNA. Σε αυτά γίνεται η σύνθεση των πρωτεϊνών. Ριβοσώματα υπάρχουν επίσης ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα. Συνέχεια του αδρού αποτελεί το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο, στο οποίο δεν υπάρχουν ριβοσώματα. Η λειτουργία του έχει σχέση με τη σύνθεση λιπιδίων και την αποθήκευση διάφορων πρωτεϊνών.
2. Σύμπλεγμα Golgi:
Το σύμπλεγμα αυτό αποτελείται από ένα σύνολο παράλληλων πεπλατυσμένων σάκων στους οποίους οι πρωτεΐνες, μετά τη σύνθεσή τους, τροποποιούνται και παίρνουν την τελική τους μορφή.
3. Λυσοσώματα:
Έχουν σφαιρικό σχήμα και περιέχουν δραστικά ένζυμα, τα οποία συντελούν στη διάσπαση ουσιών, π.χ. πρωτεϊνών, αλλά και μικροοργανισμών, όπως είναι, για παράδειγμα, τα διάφορα μικρόβια που μολύνουν τον οργανισμό μας.
4. Χυμοτόπιο - Κενοτόπια:
Είναι κυστίδια που περιέχουν ένα υδατώδες υγρό. Χαρακτηριστικά κενοτόπια είναι τα πεπτικά, τα οποία συναντάμε στα ζωικά κύτταρα, και τα χυμοτόπια, τα οποία συναντάμε στα φυτικά κύτταρα. Τα πεπτικά κενοτόπια σχηματίζονται όταν εισέρχονται στο ζωικό κύτταρο τροφικά σωματίδια ή μικροοργανισμοί που, στη συνέχεια, θα χρησιμοποιηθούν ή θα καταστραφούν. Τα χυμοτόπια αποτελούν αποθήκες θρεπτικών ουσιών για το φυτικό κύτταρο και καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος του.
5. Μιτοχόνδρια:
Έχουν σχήμα επίμηκες, σφαιρικό ή ωοειδές. Ο ρόλος τους είναι να εξασφαλίζουν ενέργεια, που είναι απαραίτητη για τις λειτουργίες του κυττάρου. Για τον σκοπό αυτό τα μιτοχόνδρια είναι παρόντα στα ευκαρυωτικά κύτταρα και ο αριθμός τους ποικίλλει ανάλογα με τις ενεργειακές ανάγκες του κυττάρου. Έτσι, τα μυϊκά κύτταρα του ανθρώπου διαθέτουν πολλά μιτοχόνδρια, ενώ άλλα κύτταρα έχουν λιγότερα. Η απαραίτητη ενέργεια απελευθερώνεται από τη διάσπαση χημικών ενώσεων που συμβαίνει κατά την κυτταρική αναπνοή. Η διαδικασία αυτή γίνεται με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων που υπάρχουν στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων.
6. Χλωροπλάστες:
Έχουν σχήμα φακοειδές. Στα οργανίδια αυτά γίνεται η φωτοσύνθεση, κατά την οποία απλά ανόργανα μόρια (π.χ. διοξείδιο του άνθρακα και νερό) μετατρέπονται με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας σε οργανικά (π.χ. γλυκόζη). Ταυτόχρονα απελευθερώνεται οξυγόνο. Οι χλωροπλάστες περιέχουν ειδικά ένζυμα και άλλα μόρια, όπως χλωροφύλλη, που είναι απαραίτητα για τη φωτοσύνθεση. Παρ’ ότι οι χλωροπλάστες βρίσκονται μόνο στα φωτοσυνθετικά κύτταρα, τα οργανικά μόρια και το οξυγόνο που παράγουν είναι απαραίτητα για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών και τη διατήρηση της ζωής όλων των οργανισμών της Γης.
7. Κυτταρικό τοίχωμα:
Το τοίχωμα αυτό περιβάλλει την πλασματική μεμβράνη των φυτικών κυττάρων. Έχει κυρίως στηρικτικό ρόλο. Είναι συμπαγές, ανθεκτικό και αποτελείται από πολυσακχαρίτες, κυριότερος από τους οποίους είναι η κυτταρίνη.
ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΦΥΤΙΚΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ
Τα κύτταρα αναπτύσσονται και διαιρούνται κατά τη διάρκεια ενός κύκλου που έχει τέσσερες φάσεις. Η όλη φάση της κυτταροδιαίρεσης, που περιλαμβάνει τη μίτωση και την κυτοκίνηση, αναφέρεται ως Μ φάση (Μ=mitosis). Η περίοδος του διπλασιασμού του DNA αναφέρεται ως φάση S (S=synthesis). Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης γίνεται και η σύνθεση των πρωτεϊνών που σχετίζονται με το DNA στα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα. Κατά τον κυτταρικό κύκλο παρατηρούνται και άλλες δυο φάσεις, μια μετά τη Μ και πριν την S που ονομάζεται G1 και μια μετά την S και πριν την Μ που ονομάζεται G2. Το γράμμα G (gap=κενό) χρησιμοποιήθηκε επειδή αρχικά νομίστηκε ότι σε αυτές τις φάσεις δεν συμβαίνει τίποτα. Σήμερα γνωρίζουμε ότι κατά τη φάση G1 το κύτταρο αυξάνει σε μέγεθος και τα οργανίδια του πολλαπλασιάζονται. Κατά τη φάση G2 γίνεται σύνθεση διαφόρων ενζύμων και άλλων πρωτεϊνών, όταν το κύτταρο προετοιμάζεται για την επόμενη μιτωτική διαίρεση. Μερικά κύτταρα, όπως αυτά που παράγουν το δέρμα, διαιρούνται συνεχώς σε όλη τη διάρκεια της ζωής του οργανισμού. Πολλά κύτταρα όμως τα οποία, για κάποιο χρονικό διάστημα ή για πάντα, διακόπτουν τον κυτταρικό τους κύκλο, αναφέρεται ότι βρίσκονται στη φάση G0.
Μίτωση είναι η διαίρεση του ευκαρυωτικού πυρήνα με τρόπο που οι θυγατρικοί πυρήνες να αποκτούν τον ίδιο αριθμό και είδος χρωμοσωμάτων με τον μητρικό πυρήνα. Πριν ξεκινήσει η μίτωση κάθε χρωμόσωμα έχει ήδη διπλασιαστεί και αποτελείται από δυο χρωματίδες. Στο τέλος της μίτωσης κάθε χρωμόσωμα αποτελείται πάλι από μια χρωματίδα. Κατά τη διάρκεια της μιτωτικής διαίρεσης δημιουργείται μια δομή από μικροσωληνίσκους, η μιτωτική άτρακτος, η οποία εξασφαλίζει τη σωστή κατανομή των χρωμοσωμάτων στους θυγατρικούς πυρήνες. Τέτοια δομή δεν έχει παρατηρηθεί κατά τη διχοτόμηση προκαρυωτικών οργανισμών. Η μίτωση, οποία καλείται και καρυοκίνηση, είναι μια συνεχής διαδικασία που έχει διαιρεθεί σε τέσσερα στάδια γνωστά ως πρόφαση, μετάφαση, ανάφαση και τελόφαση. Στους μονοκύτταρους οργανισμούς, η μίτωση είναι και ο κύριος τρόπος μονογονικής αναπαραγωγής για τη γρήγορη αύξηση του πληθυσμού.
1. Μεσόφαση
Η φάση αυτή συχνά αναφέρεται λανθασμένα ως φάση ανάπαυσης του κυττάρου. Η διάρκειά της διαφέρει ανάλογα με το είδος του κυττάρου και είναι η περίοδος που το κύτταρο συνήθως συνθέτει τα οργανίδια του και αυξάνεται σε μέγεθος. Οι πυρηνίσκοι είναι ευδιάκριτοι και συνθέτουν ριβοσώματα. Πριν από κάθε κυτταροδιαίρεση, το DNA κάθε χρωμοσώματος διπλασιάζεται έτσι που να σχηματιστούν δυο πανομοιότυπες πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες. Αυτές περιβάλλονται από ένα πρωτεϊνικό κάλυμμα και στο ξεκίνημα της κυτταροδιαίρεσης είναι δίπλα-δίπλα. Κάθε ένας από τους κλώνος του DNΑ αναφέρεται ως χρωματίδα. Οι δυο θυγατρικές χρωματίδες συγκρατούνται μεταξύ τους από το κεντρομερίδιο, το οποίο σχετίζεται με τον κινητοχώρο, περιοχή του χρωμοσώματος στην οποία στηρίζονται τα ινίδια της ατράκτου κατά την κυτταροδιαίρεση. Το χρωμοσωμικό υλικό χρωματίζεται και καλείται χρωματίνη, αλλά η δομή των χρωμοσωμάτων δεν διακρίνεται εύκολα.
2. Πρόφαση
Συνήθως είναι η μεγαλύτερη διάρκεια φάσης της πυρηνοδιαίρεσης. Οι χρωματίδες κονταίνουν και παχαίνουν με περιέλεξη γύρω από τον εαυτό τους με αποτέλεσμα να γίνονται ορατές στο μικροσκόπιο, ύστερα από χρώση. Στο τέλος της πρόφασης ο πυρηνικός φάκελος κομματιάζεται σε μικρά κυστίδια που διασπείρονται μέσα στο κύτταρο ενώ σχηματίζεται η μιτωτική άτρακτος.
3. Μετάφαση
Τα ζευγάρια των χρωματίδων προσαρτώνται στα ινίδια της ατράκτου στην περιοχή του κεντρομεριδίου. Οι χρωματίδες μετακινούνται προς το κέντρο του κυττάρου.
4. Ανάφαση
Είναι το πιο σύντομο στάδιο. Τα κεντρομερίδια διαχωρίζονται στα δύο και τα ινίδια της ατράκτου έλκουν τα κεντρομερίδια στους αντίθετους πόλους του κυττάρου. Οι διαχωρισμένες χρωματίδες, που τώρα καλούνται χρωμοσώματα σύρονται προς τους πόλους πίσω από τα κεντρομερίδια.
5. Τελόφαση
Τα χρωμοσώματα φτάνουν στους πόλους του κυττάρου, ξετυλίγονται, επιμηκύνονται και δεν είναι πλέον ορατά. Τα ινίδια της ατράκτου αποσυνθέτονται, ο πυρηνικός φάκελος ξανασχηματίζεται γύρω από τα χρωμοσώματα στον κάθε πόλο, ενώ ξαναεμφανίζονται οι πυρηνίσκοι. Η τελόφαση συνήθως ακολουθείται από τη διαίρεση του κυτταροπλάσματος.
Η κυτταροδιαίρεση είναι η διαίρεση του κυτταροπλάσματος. Αυτό το στάδιο συνήθως ακολουθεί την τελόφαση και οδηγεί στη φάση G1 της μεσόφασης. Όταν το κύτταρο προετοιμάζεται για τη διαίρεση του, τα οργανίδια του μετακινούνται και κατανέμονται πιο ομοιόμορφα κοντά στους δυο πόλους του κυττάρου μαζί με τα χρωμοσώματα.
ΙΣΤΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΟΥ
Τα φυτά, στην πλειονότητά τους, αποτελούνται από κατηγορίες κυττάρων με συγκεκριμένη μορφή, για να επιτελούν και μια συγκεκριμένη λειτουργία, τους φυτικούς ιστούς. Σκοπός των ιστών είναι να επιτελέσουν τις διάφορες λειτουργίες του φυτού με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Οι ιστοί των φυτών είναι ο επιδερμικός ιστός, το παρέγχυμα, το κολέγχυμα, το σκληρέγχυμα, ο αγωγός ιστός. Οι ιστοί αυτοί συμμετέχουν στη δημιουργία των διαφόρων οργάνων του φυτού, που είναι η ρίζα, ο βλαστός, το φύλλο, το άνθος, ο καρπός και ο σπόρος. Ο επιδερμικός ιστός αποτελεί το σύνορο μεταξύ του φυτικού οργανισμού και του περιβάλλοντος. Αποτελείται από κύτταρα που έχουν μεγάλη συνοχή μεταξύ τους. Έτσι καταφέρνουν να προστατεύσουν το φυτό από εξωτερικούς βλαπτικούς παράγοντες όπως είναι οι διάφοροι μικροοργανισμοί ή παράσιτα, τα τσιμπήματα εντόμων, η υψηλή θερμοκρασία, η μεγάλης έντασης ηλιακή ακτινοβολία και η ξηρασία Τα κύτταρα της επιδερμίδας προστατεύουν το φυτό από την απώλεια νερού και σχηματίζουν τα στόματα, κατασκευές με τις οποίες το φυτό ανταλλάσσει τα αέρια (υδρατμούς και διοξείδιο του άνθρακα), με το περιβάλλον. Το παρέγχυμα αποτελείται από κύτταρα χωρίς ιδιαίτερη διαφοροποίηση. Είναι ο ιστός που κυρίως πραγματοποιεί τη φωτοσύνθεση και την αποταμίευση νερού ή θρεπτικών συστατικών, ένας λειτουργικός ιστός δηλαδή. Στα παρεγχυματικά κύτταρα στηρίζεται και η αναγεννητική ικανότητα των φυτών. Το κολέγχυμα και το σκληρέγχυμα αποτελούνται από κύτταρα με παχιά τοιχώματα, πιο μαλακά στο κολέγχυμα και πιο σκληρά στο σκληρέγχυμα, και με ρόλο στηρικτικό. Ο αγωγός ιστός όπως φανερώνει και το όνομά του, έχει το ρόλο του μεταφορέα νερού και θρεπτικών συστατικών, σε όλα τα μέρη του φυτού. Αποτελείται από δυο διαφορετικούς δρόμους. Το ξύλωμα, με τα αγγεία, αποτελεί την άνοδο από τη ρίζα μέχρι τα φύλλα και το φλοίωμα, με τους ηθμοσωλήνες, αποτελεί την κάθοδο μέχρι τη ρίζα. Κάθε ένα από τα όργανα του φυτού περιέχει σχεδόν όλους τους προαναφερόμενους ιστούς.
Στα απλούστερα φυτά το σώμα τους συνίσταται από ένα και μόνο κύτταρο, μέσα στο οποίο και πραγματοποιούνται όλες οι λειτουργίες της ζωής. Σύμφωνα με την εξελικτική θεωρία τα απλά αυτά φυτικά κύτταρα συνενώθηκαν σε αποικίες ως αθροίσματα, αρχικά με χαλαρό δεσμό και αργότερα με σταθερότερο, απ’ όπου και προέκυψαν τα πολυκύτταρα φυτά. Στα κατώτερα φυτά, (θαλλόφυτα), η πολυπλοκότητα της μορφής και της κατασκευής τους εμφανίζει ποικίλες διαβαθμίσεις. Ομάδες των αλγών όπως φαιοφύκη και ερυθροφύκη μοιάζουν συχνά με ανώτερα φυτά ως προς το σχηματισμό και τη διάταξη των μερών του σώματός τους. Στα δε βρυόφυτα η σταδιακή διαφοροποίηση του θαλλού παρουσιάζει ακόμη στενότερη και παράλληλη ανάπτυξη ως προς τα ανώτερα φυτά. Κάποια μάλιστα εξ αυτών έχουν βλαστόμορφα και φυλλόμορφα σωματικά τμήματα που μοιάζουν με όργανα ανωτέρων φυτών. Πάντως ρίζες βλαστοί και φύλλα δεν εμφανίζονται ούτε στα θαλλόφυτα. Αυτά αποτελούν μέρη των ανωτέρων και ανωτάτων φυτών που προέκυψαν σύμφωνα με νεότερες αντιλήψεις βαθμιαία μετά την εξάπλωση των φυτών στη ξηρά που προηγουμένως ζούσαν στη θάλασσα.
Υποστηρίζεται πως η γενική μορφολογική εικόνα του φυτού πρέπει να είναι ο άξονας ανάπτυξής του. Έτσι υπό αυτή την έννοια δεν υφίστανται θεμελιώδη τμήματα. Ρίζες και φύλλα θεωρούνται δευτερεύουσες εμφανίσεις οι οποίες διαφοροποιήθηκαν σε διαφορετικά όργανα επί ενός πρωτογενούς άξονα του βλαστού, όπου το φύλλο για παράδειγμα προέκυψε είτε ως πλάγια επέκταση του άξονα, είτε ως κλαδικό σύστημα που έγινε επίπεδο και πλατύ για την ανάπτυξη ιστού. Η ρίζα είναι το υπόγεια τμήμα του φυτού και απορροφά νερό και ανόργανα στοιχεία του εδάφους. Τα ριζικά κύτταρα δε εκτίθενται στο φως και ως εκ τούτου δε φωτοσυνθέτουν. Τις ενεργειακές ανάγκες τους καλύπτουν από ουσίες που προμηθεύονται από τα φύλλα και το βλαστό. Ο βλαστός είναι το επίμηκες όργανο του φυτού που συνδέει όλα τα υπόλοιπα φυτικά μέρη. Πολλές φορές κύτταρα του φωτοσυνθέτουν ή/και αποταμιεύουν ουσίες. Τα φύλλα είναι τα «φωτοσυνθετικά εργοστάσια», μπορούμε να πούμε, κάθε φυτού. Τις περισσότερες φορές έχουν μεγάλη επιφάνεια, με στόχο να συλλέγουν μεγάλες ποσότητες φωτός και να δουλεύει πιο εντατικά η φωτοσύνθεση. Τα άνθη χρησιμοποιούνται από τα φυτά για φυλετική αναπαραγωγή. Το τυπικό άνθος αποτελείται από σέπαλα ή κάλυκα. Πέταλα ή στεφάνη και στήμονες ή ύπερο (ή και τα δύο). Πολλές φορές τα φυτά στα άνθη τους χρησιμοποιούν ελκυστικά χρήματα κι αρώματα για την προσέλκυση εντόμων που βοηθούν στη διάδοση γενετικού υλικού και την επικονίαση. Τα άνθη που χρησιμοποιούνται συνήθως εξελίσσονται σε καρπούς, οι οποίοι περιέχουν έναν ή περισσότερους σπόρους(σπέρματα). Το φυτό αρχίζει να αναπτύσσεται από ένα μικρό σπόρο που βρίσκεται μέσα στον καρπό και μπορεί να γίνει ένα μεγάλο δέντρο. Η ανάπτυξη και οι διαστάσεις που θα πάρει το φυτό εξαρτώνται κατά πρώτο λόγο από την αύξηση του αριθμού των κυττάρων. Το φυτό τρέφεται και οι σχηματιζόμενες, στην περίπτωση αυτή, οργανικές ουσίες μετατρέπονται σε ουσίες του ίδιου του πρωτοπλάσματος. Το κύτταρο αρχίζει να διαιρείται και από το ένα δημιουργούνται δύο.
ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΥΤΩΝ
Σχετικά με την ικανότητα της διατροφής τους, τα φυτά διακρίνονται σε αυτότροφα και ετερότροφα. Αυτότροφα είναι τα φυτά εκείνα που χάρη στην παρουσία της χλωροφύλλης που απορροφά την ακτινοβολούμενη ενέργεια του ηλιακού φωτός είναι ικανά να αυξήσουν το σώμα τους, μετατρέποντας τις ανόργανες ουσίες του εδάφους και του αέρα σε οργανικές συνθέσεις. Τα ετερότροφα φυτά είναι εκείνα που είναι ανίκανα για μια αυτόνομη ζωή και ζουν σε βάρος άλλων οργανισμών (παράσιτα) ή αναπτύσσονται πάνω σε οργανικές ουσίες που βρίσκονται σε κατάσταση αποσύνθεσης (σαπρόφυτα). Τα φυτά ανάλογα με τη μορφή τους διακρίνονται σε: ξυλώδη (π.χ. δέντρα), στα οποία ο βλαστός και τα κλαδιά είναι ξυλοποιημένα, σε θαμνώδη, που δεν έχουν πραγματικό κορμό, αλλά ξυλοποιημένα κλαδιά που φυτρώνουν από το έδαφος, σε φρυγανώδη, σε αναρριχώμενα και σε ποώδη. Επίσης τα φυτά διακρίνονται σε καλλιεργούμενα, σε άγρια, σε φυτά των τοίχων, σε φυτά φαρμακευτικά, που χρησιμεύουν στην Ιατρική ως φάρμακα, σε δηλητηριώδη κ.ά. Επίσης σε ξηρόφυτα που ζουν σε ξερά περιβάλλοντα, σε υδρόφυτα που προτιμούν ποσότητα νερού, σε θερμόφιλα, σε ψυχρόφιλα κλπ.
ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΦΥΤΟΥ
Το σύνολο της ζωής στον πλανήτη εξαρτάται από την ενέργεια του ήλιου. Η ζωή στα δασικά οικοσυστήματα βασίζεται σε δυο σημαντικές και πολύπλοκες διαδικασίες. Η μια γίνεται μόνο στα φυτά και λέγεται φωτοσύνθεση κι η άλλη εμφανίζεται στα φυτά τα ζώα και τους μικροοργανισμούς και λέγεται αναπνοή. Τα πράσινα μέρη του φυτού χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια και τη μετατρέπουν σε χημική και αυτή τη χημική ενέργεια είναι που αναζητούν οι καταναλωτές και τρέφονται με φυτά ή ζώα. Έτσι, τα φυτά χαρακτηρίζονται σαν εργοστάσια παραγωγής ενέργειας.
ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ
Η φωτοσύνθεση είναι ίσως η πιο σημαντική βιοχημική διαδικασία που γίνεται πάνω στη γη. Φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα πράσινα φυτά και ορισμένοι άλλοι οργανισμοί μετασχηματίζουν τη φωτεινή ενέργεια σε χημική. Κατά την φωτοσύνθεση στα φυτά η φωτεινή ενέργεια δεσμεύεται και χρησιμοποιείται για τη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα και νερού σε οξυγόνο και ενεργειακά πλούσιες οργανικές ενώσεις, κυρίως υδατάνθρακες, που χρησιμοποιούνται από όλους τους ζωντανούς οργανισμούς ως καύσιμο για ενέργεια, και ως βάση για να δημιουργήσουν άλλα μόρια από μόνοι τους. Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα φυτά, μερικά βακτήρια και μερικά πρώτιστα (τα καλούμενα αυτότροφα) χρησιμοποιούν την ενέργεια του φωτός για να παράγουν μόρια γλυκόζης από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό. Το οξυγόνο απελευθερώνεται σε αυτή τη διαδικασία. Η ακόλουθη χημική εξίσωση αναπαριστά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης:
Τα περισσότερα φυτά φτιάχνουν περισσότερη γλυκόζη από όση χρειάζονται και την αποθηκεύουν με τη μορφή αμύλου στους αμυλοπλάστες. Οι αμυλοπλάστες βρίσκονται στα φυτικά κύτταρα αλλά και σε ειδικά αποταμιευτικά μέρη των φυτών. Σε παγκόσμια κλίμακα, η φωτοσύνθεση η οποία γίνεται στους χλωροπλάστες δημιουργεί δισεκατομμύρια τόνους οργανικού υλικού κάθε χρόνο. Αυτό κάνει τη φωτοσύνθεση την πιο σημαντική χημική πορεία της ζωής στη Γη. Αυτή η διαδικασία προσφέρει την πηγή τροφής για άλλους οργανισμούς καθώς και το οξυγόνο που χρειάζονται για την αναπνοή τους.
Το νερό προσλαμβάνεται από τις ρίζες των φυτών. Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται από τα στόματα των φύλλων. Με τη βοήθεια της χλωροφύλλης και την ενέργεια του φωτός παράγεται η γλυκόζη που χρησιμοποιείται από τα φυτά και οξυγόνο το οποίο εξέρχεται από τα φυτά και πάλι μέσω των στομάτων του φύλλο. Η φωτοσύνθεση γίνεται στα πράσινα μέρη των φυτών, που είναι κυρίως τα φύλλα και συχνά ο βλαστός τους. Η δομή του φύλλου είναι κατάλληλα προσαρμοσμένη, για να εξυπηρετεί τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης. Σε εγκάρσια τομή του παρατηρούμε τις δύο επιδερμίδες, την πάνω και την κάτω, που καλύπτονται συνήθως από εφυμενίδα Ανάμεσα στις δύο επιδερμίδες
Στις αρχές του 20ού αιώνα οι βιολόγοι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ή φωτοσύνθεση περιλαμβάνει δύο ομάδες αντιδράσεων. Τις αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως (φωτεινή φάση) και τις αντιδράσεις που είναι ανεξάρτητες από την ύπαρξη φωτός (σκοτεινή φάση). Κατά τις αντιδράσεις της φωτεινής φάσης, που γίνονται στα grana των χλωροπλαστών, η φωτεινή ενέργεια χρησιμοποιείται για τη σύνθεση μορίων ΑΤΡ και τη δημιουργία υδρογόνου (Η+ + e-). Κατά τις αντιδράσεις της σκοτεινής φάσης, που γίνονται στο στρώμα των χλωροπλαστών, τα μόρια του ΑΤΡ και του υδρογόνου που παρήχθησαν κατά τη φωτεινή φάση χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε υδατάνθρακες (γλυκόζη).
• Φωτεινή φάση
Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης της φωτοσύνθεσης συμβαίνουν σημαντικά γεγονότα. Μόρια χλωροφύλλης, τα οποία βρίσκονται κατά ομάδες στα grana των χλωροπλαστών, δεσμεύουν φωτεινή ενέργεια και διεγείρονται (κάποια από τα ηλεκτρόνιά τους αλλάζουν στιβάδα) και στη συνέχεια αποδιεγείρονται. Η ενέργεια που αποδίδεται κατά την αυτοδιέγερση των μορίων αυτών προκαλεί τον ιονισμό (απώλεια ηλεκτρονίων) άλλων μορίων χλωροφύλλης. Μέρος της ενέργειας που παράγεται από τις διαδικασίες αυτές, ίσως όμως και ενέργεια προερχόμενη από άλλες πηγές, άγνωστες σε μεγάλο βαθμό, προκαλεί τη διάσπαση μορίων νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο (φωτόλυση νερού). Παράλληλα, σχηματίζεται ΑΤΡ από ADP. Το οξυγόνο που παράγεται από τη φωτόλυση του νερού ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, ενώ το υδρογόνο δεσμεύεται από μόρια του συνενζύμου ΝΑDΡ, τα οποία μετατρέπονται σε NADPH. Το ΑΤΡ και το NADPH που παράγονται κατά τη φωτεινή φάση της φωτοσύνθεσης, χρησιμοποιούνται στις αντιδράσεις της σκοτεινής φάσης για το σχηματισμό των τελικών προϊόντων.
• Σκοτεινή φάση
Το πρώτο βήμα των αντιδράσεων της σκοτεινής φάσης γίνεται με τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα από μια πεντόζη. Ακολουθεί μια σειρά αντιδράσεων κατά τις οποίες με τη βοήθεια των μορίων ΑΤΡ και του NADPH, που έχουν παραχθεί από τις αντιδράσεις της φωτεινής φάσης, παράγεται τελικά γλυκόζη και άλλες ουσίες. Στα προϊόντα αυτής της σειράς αντιδράσεων περιλαμβάνεται και νερό (Η2Ο).
Η φωτοσύνθεση είναι η σημαντικότερη λειτουργία που γίνεται στη βιόσφαιρα, γιατί µε τις οργανικές ουσίες που παράγει, συντηρεί τη ζωή στο γήινο οικοσύστημα. Με τη φωτοσύνθεση δεσμεύονται τεράστιες ποσότητες CO2 και έτσι, αφενός µεν, καθαρίζεται η ατμόσφαιρα και, αφετέρου, διατηρείται περίπου σταθερός ο άνθρακας στον κύκλο που ακολουθεί (αποβολή CO2 µε την αναπνοή των οργανισμών και δέσμευση του µε τη φωτοσύνθεση). Εμπλουτίζεται η ατμόσφαιρα και η υδρόσφαιρα µε οξυγόνο που είναι απαραίτητο για την επιβίωση των οργανισμών (οξείδωση οργανικών ουσιών και παραγωγή ενέργειας). Επομένως, χωρίς τη φωτοσύνθεση δεν είναι δυνατή η συντήρηση και η συνέχιση της ζωής στον πλανήτη µας.
ΔΙΑΠΝΟΗ
Η διαπνοή είναι φυσιολογική διεργασία των φυτών. Αποτελεί τμήμα του κύκλου του νερού και συνίσταται στην αποβολή νερού υπό μορφή υδρατμών από τμήματα των φυτών. Η διαπνοή λαμβάνει χώρα κυρίως στα φύλλα (στόματα), αλλά μπορεί να συμβαίνει, επίσης, τόσο στους πράσινους βλαστούς όσο και στα άνθη. Η επιφάνεια των φύλλων, όταν παρατηρηθεί με μεγεθυντικό φακό ή μικροσκόπιο εμφανίζει μικρά ανοίγματα, υπό μορφή πόρων, τα οποία ονομάζονται στόματα τα οποία είναι περισσότερα στην κάτω επιφάνεια των φύλλων. Τα στόματα μπορούν να ανοίγουν και να κλείνουν με τη βοήθεια ειδικών κυττάρων, τα οποία ονομάζονται καταφρακτικά κύτταρα. Μέσω των στομάτων δεν εξέρχεται μόνο νερό αλλά επιτρέπεται η γενικότερη επικοινωνία του φυτού με το εξωτερικό περιβάλλον, καθώς από αυτά εισέρχεται διοξείδιο του άνθρακα προκειμένου να πραγματοποιηθεί η λειτουργία της φωτοσύνθεσης και εξέρχεται οξυγόνο, το οποίο αποτελεί προϊόν της. Η διαπνοή αποτελεί, επίσης, μηχανισμό αποβολής θερμότητας από το φυτό και παράλληλα επιτρέπει τη μεταφορά των απαραίτητων θρεπτικών συστατικών από τη ρίζα στο βλαστό και στα φύλλα δημιουργώντας τις κατάλληλες συνθήκες διαφοράς πίεσης. Με τη λειτουργία της διαπνοής ανανεώνεται το νερό που έρχεται από το έδαφος κι έτσι απορροφούνται νέες ουσίες που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη του φυτού. Τα φυτά ελέγχουν το πόσο νερό θα αποβάλλουν στην ατμόσφαιρα, ανοίγοντας και κλείνοντας τα στόματα τους. Αυτό ονομάζεται ρυθμός διαπνοής.
Ο ρυθμός της διαπνοής των φυτών εξαρτάται από παράγοντες:
• Θερμοκρασία - Ο ρυθμός της διαπνοής αυξάνεται όταν αυξάνει η θερμοκρασία περιβάλλοντος, ειδικά κατά την εποχή της ανάπτυξης του φυτού. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες προκαλούν το άνοιγμα των στομάτων από τα καταφρακτικά κύτταρα, ενώ αντίθετα οι χαμηλότερες προκαλούν το κλείσιμο των στομάτων. Η θερμοκρασία σε φυσικές συνθήκες - όχι σε συνθήκες θερμοκηπίου - επηρεάζεται από την ηλιοφάνεια και την έντασή της εξ ου και η συνάρτηση της διαπνοής από την γεωγραφική θέση και την εποχή.
• Υγρασία - Η ξηρή ατμόσφαιρα ευνοεί την εξάτμιση του νερού, καθώς δεν είναι κορεσμένη από υδρατμούς. Συνεπώς όσο ξηρότερη είναι η ατμόσφαιρα τόσο πιο έντονη είναι η διαπνοή.
• Άνεμοι και κινήσεις της ατμόσφαιρας - Όσο περισσότερο κινείται ο αέρας που περιβάλλει ένα φυτό τόσο πιο έντονη γίνεται η διαπνοή. Αυτό σχετίζεται με τον προηγούμενο παράγοντα, καθώς ακόμη και σε ξηρή ατμόσφαιρα, αν ο αέρας γύρω από το φυτό παραμένει ακίνητος, βαθμιαία κορεννύεται γύρω από αυτό. Αν όμως κινείται, ο κορεσμένος σε υδρατμούς αέρας απομακρύνεται από το φυτό και αντικαθίσταται από ξηρότερο.
• Η υγρασία του εδάφους - Όταν υπάρχει έλλειψη νερού στο έδαφος, τα φυτά είναι πιθανόν να αρχίσουν να γερνούν πρόωρα, με συνέπεια να διαπνέουν λιγότερο. Σημαντικό ρόλο παίζει, επίσης, και ο τύπος του εδάφους: Αν το έδαφος τείνει να είναι πολύ συμπαγές με μικρούς πόρους ανάμεσα στα σωμάτια που το συγκροτούν (σκληρό χώμα) παρεμποδίζεται η ανάκτηση νερού από τις ρίζες του φυτού με συνέπεια την ανάλογη μείωση της διαπνοής.
• Άνοιγμα των στομάτων – Είναι ο σπουδαιότερος παράγοντας που επηρεάζει την ταχύτητα διαπνοής. Τα φυτά έχουν τη δυνατότητα να ρυθμίζουν το πόσο ανοίγουν τα στόματα των φύλλων. Μεγαλύτερο άνοιγμα συνεπάγεται και μεγαλύτερος ρυθμός διαπνοής. Όταν τα φυτά δεν έχουν αρκετό νερό στη διάθεσή τους, περιορίζουν το άνοιγμα των στομάτων και επιβραδύνουν την διαπνοή.
• Το είδος των φύλλων – Όσο πιο μεγάλα φύλλα έχει ένα φυτό τόσο εντονότερη είναι η διαπνοή του. Όση μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια του φύλλου τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των στομάτων.
• Ο τύπος του φυτού - Τα διάφορα είδη φυτών διαπνέουν σε ποικίλους ρυθμούς. Μερικά φυτά που αναπτύσσονται σε σχεδόν τελείως ξηρές περιοχές, όπως είναι οι κάκτοι, αποθηκεύουν το διαθέσιμο νερό ελαττώνοντας σε μηδενικά σχεδόν επίπεδα την διαπνοή τους. Αντίθετα, φυτά που ζουν σε υγρές περιοχές διαπνέουν εντονότερα.
• Η φάση ζωής του φυτού: Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης ενός φυτού η διαπνοή από ένα φύλλο είναι πολύ μεγαλύτερη σε σχέση με το ίδιο το βάρος του: Ένα χωράφι με καλαμπόκι έκτασης μισού περίπου στρέμματος διαπνέει 11.000 - 15.000 λίτρα νερού ημερησίως, ενώ μια μεγάλη βαλανιδιά διαπνέει περίπου 150.000 λίτρα νερού ετησίως.
Η διαπνοή μπορεί επίσης να γίνεται και με την αποβολή νερού υπό υγρή μορφή (guttation) από υγιή φύλλα και βλαστούς, ενώ έρευνες έχουν καταδείξει ότι περίπου το 10% της ατμοσφαιρικής υγρασίας οφείλεται στην διαπνοή των φυτών.
ΑΝΑΠΝΟΗ
Τα φυτά αναπνέουν από όλα τα μέρη τους (ρίζες, βλαστό και κυρίως φύλλα). Κατά την αναπνοή τα φυτά παίρνουν οξυγόνο από το περιβάλλον και αποβάλλουν διοξείδιο του άνθρακα. Άρα μπορούμε να πούμε ότι η αναπνοή είναι αντίθετη διαδικασία της φωτοσύνθεσης Τόσο κατά τη φωτοσύνθεση όσο και κατά την αναπνοή τα φυτά παίρνουν και δίνουν τα αέρια από το περιβάλλον κυρίως με τα φύλλα και μάλιστα με τα στόματα τους, τους μικροσκοπικούς αυτούς πόρους που έχουν στο κάτω μέρος των φύλλων (ονομάστηκαν έτσι γιατί μοιάζουν με το ανθρώπινο στόμα) Την ημέρα η αναπνοή στα φύλλα γίνεται κυρίως από τα στόματα και τη νύχτα περισσότερο από την επιδερμίδα των φύλλων. Στις ρίζες και στο πράσινο μέρος του βλαστού η αναπνοή γίνεται από την επιδερμίδα τους. Το οξυγόνο χρησιμοποιείται για τη διάσπαση του άμυλου - που παρασκευάζεται στη φωτοσύνθεση - σε απλούστερες ουσίες. Από αυτές ελευθερώνεται ενέργεια που «ταξιδεύει» σε κάθε κύτταρο του φυτού. Το διοξείδιο του άνθρακα, ως προϊόν καύσης αποβάλλεται από τα στόματα των φύλλων και την επιδερμίδα των φύλλων, της ρίζας και του πράσινου βλαστού. Την ημέρα, τα φυτά αναπνέουν απορροφώντας οξυγόνο και ταυτόχρονα φωτοσυνθέτουν αποβάλλοντας πολύ περισσότερο οξυγόνο από αυτό που απορροφούν.
Με τον όρο φυτό χαρακτηρίζεται ένας από τους τύπους με τους οποίους εμφανίζεται η ζωή στη γη, κι ο όρος φυτό είναι γενική ονομασία που δίνεται στα ποώδη, θαμνώδη και δενδρώδη ζώντα είδη. Τα Φυτά (Plantae) αποτελούν ένα από τα 4 βασίλεια (μαζί με τα Ζώα, τα Πρώτιστα και τους Μύκητες) που σχηματίζουν το υπερβασίλειο των Ευκαριωτικών οργανισμών (Ευκάρυα). Ως κύρια χαρακτηριστικά γνωρίσματα των φυτών (φυτικών οργανισμών) προβάλλονται: η αδυναμία μετακίνησης και μερική έλλειψη αισθήσεων, η παρουσία χλωροφύλλης και η θρέψη αυτών από ανόργανες ενώσεις με την λειτουργία της φωτοσύνθεσης. Επίσης, η παρουσία της κυτταρίνης στα φυτικά κύτταρα, που λείπει τελείως στα ζωϊκά, είναι εκείνη που αποτελεί και τον ασφαλέστερο χαρακτήρα των φυτών. Στα φυτά ανήκουν και τα φαρμακευτικά (medical plants) και τα αρωματικά φυτά (culinary herbs).
ΙΣΤΟΡΙΑ ΦΥΤΩΝ
Τα στοιχεία δείχνουν ότι τα πρώτα φύκη σχηματίστηκαν πάνω στη γη 1.200 εκατομμύρια χρόνια πριν, αλλά δεν ήταν μέχρι την Ορδοβίκιο περίοδο, περίπου 450 εκατομμύρια χρόνια πριν, όταν τα χερσαία φυτά εμφανίστηκαν. Ωστόσο, νέα στοιχεία από τη μελέτη των αναλογιών των ισοτόπων του άνθρακα σε βράχους του Προκάμβριου έχει δείξει ότι τα σύνθετα φωτοσυνθετικά φυτά αναπτύχθηκαν πάνω στη γη πριν από 1 δις χρόνια. Αυτά ξεκίνησαν να διαφοροποιηθούν προς το τέλος της Σιλούριου Περιόδου, περίπου 420 εκατομμύρια χρόνια πριν, και τα αποτελέσματα της διαφοροποίησής τους εμφανίζονται με αξιοσημείωτη λεπτομέρεια σε πρώιμα ορυκτά του Δεβόνιο συνόλου από το πυριτόλιθο Rhynie. Σε αυτόν τον πυριτόλιθο διατηρούνται τα πρώτα φυτά με κυτταρική λεπτομέρεια, απολιθωμένα σε ηφαιστειακές πηγές. Έως τα μέσα της Δεβόνιου Περιόδου τα περισσότερα από τα χαρακτηριστικά που αναγνωρίζονται στα φυτά σήμερα είναι παρόντα, συμπεριλαμβανομένων των ριζών, φύλλων και δευτέροντος ξύλου, και μέχρι το τέλος του Δεβόνιου οι σπόροι είχαν εξελιχθεί. Αργά τα φυτά του Δεβόνιου είχαν φτάσει έτσι σε ένα βαθμό πολυπλοκότητας που τους επέτρεψε και να σχηματίσουν δάση ψηλών δέντρων. Η εξελικτική καινοτομία συνεχίστηκε και μετά την δεβόνιο περίοδο. Οι περισσότερες ομάδες φυτών ήταν σχετικά αλώβητες από την Πέρμια - Τριασική εξαφάνιση, αν και οι δομές των κοινοτήτων άλλαξαν. Αυτό μπορεί να βοήθησε την εξέλιξη των ανθοφόρων φυτών στο Τριαδικό (~ 200 εκατομμύρια χρόνια πριν), η οποία επιταχύνθηκε στην Κρητιδική περίοδο και το Τριτογενές. Η τελευταία μεγάλη ομάδα φυτών που εξελίχθηκε ήταν τα χόρτα, τα οποία έγιναν σημαντικά στα μέσα του τριτογενούς, πριν από περίπου 40 εκατομμύρια χρόνια. Τα χόρτα, καθώς και πολλές άλλες ομάδες, εξέλιξαν νέους μηχανισμούς μεταβολισμού για να επιβιώσει των χαμηλών εκπομπών CO2 και το θερμό και ξηρό μέρος των τροπικών τα τελευταία 10 εκατομμύρια χρόνια.
Οι πρώτοι ζώντες οργανισμοί της δημιουργίας έπρεπε να μπορούν να τρέφονται με ανόργανες ουσίες, αφού δεν υπήρχαν ζώντες οργανισμοί που θα δημιουργούσαν τις οργανικές ουσίες. Οι ανόργανες ουσίες όμως ως γνωστόν δεν παρέχουν ενέργεια. Έτσι, παράλληλα με τη δυνατότητα τροφής από ανόργανες ουσίες, έπρεπε να μπορούν να αξιοποιούν κάποια υπάρχουσα ενέργεια έξω από τα φυτά. Η μοναδική ενέργεια που υπήρχε, όπως υπάρχει και τώρα άφθονη και ανεξάντλητη, ήταν η ενέργεια του ήλιου, η οποία έφθανε και φθάνει στη γη ως ακτινοβολία φωτός. Οργανισμοί που μπορούν και τρέφονται με ανόργανες ουσίες και λαμβάνουν ενέργεια από τις ακτίνες του ήλιου είναι μόνον εκείνοι που μπορούν και συνθέτουν οργανικές ουσίες με τη βοήθεια του φωτός, δηλαδή φωτοσυνθέτουν. Φυτικούς οργανισμούς που φωτοσυνθέτουν συναντούμε από τους πιο μικροσκοπικούς προκαρυωτικούς (φυτοπλαγκτόν) μέχρι τους πιο μεγάλους ευκαριωτικούς οργανισμούς, που είναι τα φυτά.
Ιστορικά ο πρώτος μελετητής των φυτών ήταν ο Αριστοτέλης (384-322 π.Χ.). Στα «Φυσικά» του υπάρχει Γραμματεία με τίτλο «Περί φυτών». Το έργο του Αριστοτέλη το συνέχισε ο μαθητής του Θεόφραστος, από την Ερεσό της Λέσβου (372-287 π.Χ.), ο οποίος έγραψε δύο σπουδαία συγγράμματα. Το πρώτο «Περί των φυτών ιστορία» (9 βιβλία, όπου αναφέρονται ονόματα, περιγραφή, καταγωγή και ιαματικές ιδιότητες πολλών φυτών) και το δεύτερο «Περί φυτών αιτιών» (6 βιβλία, που είναι συνέχεια του προηγούμενου και ερμηνεύει βάσει των Αριστοτελικών δογμάτων τη γένεση και τις θεραπευτικές ιδιότητες των φυτών). Επίσης τον 1ο αιώνα μ.Χ., ασχολήθηκε με τα φυτά ο Πεδάνιος Διοσκουρίδης ο Αρναζαβεύς, ο οποίος αναφέρθηκε κυρίως στη θεραπευτική αξία των φυτών, καθόσον περιγράφει 1.003 «ιατρικές ύλες», από τις οποίες οι 794 είναι φυτικές. Πολύ αργότερα, αφού πέρασαν πάνω από δύο αιώνες από το τέλος του μεσαίωνα, άρχισαν να ασχολούνται πάλι ορισμένοι με τα φυτά. Πρώτος ήταν ο Γάλλος βοτανολόγος Joseph Pitton de Tournefort (1656-1708) και ακολούθησε ο Κάρολος Λινναίος (Carolus Linnaeus 1707-1778), Σουηδός φυσιοδίφης, καθηγητής του Πανεπιστημίου της Ουψάλα. Ο Λινναίος ασχολήθηκε κυρίως με την ταξινόμηση φυτών και ζώων και γι’ αυτό θεωρείται ο πατέρας της ταξινόμησης του φυτικού και ζωικού Βασίλειου. Το πιο σπουδαίο έργο του είναι το «Species plantarum» κα «Systema Naturae».
ΤΑ ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΚΑΙ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ
Το 1665 ο Ρ. Xουκ (Robert Hooke), παρατηρώντας με το μικροσκόπιο του λεπτές τομές φελλού, μίλησε πρώτη φορά για τα κύτταρα. Παρόλο που αυτά που παρατήρησε δεν ήταν κύτταρα εντούτοις τα θεμέλια της κυτταρικής θεωρίας είχαν τεθεί. Πολύ αργότερα διατυπώθηκε η κυτταρική θεωρία σύμφωνα με την οποία η θεμελιώδης δομική και λειτουργική μονάδα όλων των οργανισμών είναι το κύτταρο, καθώς και ότι κάθε κύτταρο προέρχεται από ένα άλλο κύτταρο. Με τη βοήθεια του οπτικού και ηλεκτρονικού μικροσκοπίου έχουν ερευνηθεί τα κύτταρα των πολυκύτταρων και μονοκύτταρων οργανισμών και ως αποτέλεσμα αυτής της έρευνας τα κύτταρα ταξινομούνται σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά.
Το κύτταρο λοιπόν είναι η δομική και λειτουργική μονάδα της ζωής. Όλοι οι οργανισμοί, από τους πιο απλούς έως τους πιο σύνθετους, όπως ο άνθρωπος αποτελούνται από ένα ή περισσότερα κύτταρα. Για παράδειγμα, ένα μέσο ανθρώπινο σώμα αποτελείται από περισσότερα από 75 τρισεκατομμύρια κύτταρα, όμως υπάρχουν και αυτόνομες μορφές ζωής που αποτελούνται από ένα μόνο κύτταρο, το οποίο επιτελεί όλες τις απαραίτητες λειτουργίες για την ύπαρξή του. Παρ’ όλο που τα κύτταρα αυτά διαφέρουν πολύ μεταξύ τους στους διάφορους οργανισμούς, όλα έχουν κοινή καταγωγή και κοινές ανάγκες. Γι’ αυτό το λόγο εμφανίζουν και πολλά κοινά βασικά χαρακτηριστικά. Τα περισσότερα κύτταρα είναι πάρα πολύ μικρά και δεν μπορούμε να τα δούμε με γυμνό μάτι. Το ερώτημα που απασχολεί όμως ακόμα και σήμερα τον επιστημονικό κόσμο, είναι πώς δημιουργήθηκαν τα πρώτα κύτταρα; Σύμφωνα με μία θεωρία γενικά αποδεκτή, πριν από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια περίπου, όταν η Γη μας ήταν ακόμα σε νεαρή ηλικία, η επιφάνειά της ήταν γεμάτη από ηφαίστεια και η ατμόσφαιρα τότε περιείχε δηλητηριώδη αέρια και καθόλου οξυγόνο. Τότε, κάποιες χημικές ουσίες εκτοξεύτηκαν στην ατμόσφαιρα από ηφαιστειακές εκρήξεις και αντέδρασαν με τους κεραυνούς και την υπεριώδη ακτινοβολία. Αυτές οι χημικές ουσίες μετατράπηκαν σε πιο μεγάλα και πιο σταθερά μόρια, όπως τα αμινοξέα και τα νουκλεϊκά οξέα. Η βροχή τα μετέφερε στην επιφάνεια της Γης, όπου σχημάτισαν μια αρχέγονη σούπα από τα δομικά συστατικά των κυττάρων (λιπίδια, πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα).
Τα λιπίδια και οι πρωτεΐνες σχημάτισαν μια μεμβράνη, μέσα στην οποία κλείστηκαν άλλες ουσίες. Αυτές οι δομές ήταν τα πρώτα κύτταρα. Σιγά σιγά, όμως, μετά από εκατομμύρια χρόνια εξελίχτηκαν και έδωσαν τα πιο απλά κύτταρα, που γνωρίζουμε σήμερα, και τα οποία αποτελούνται από το κυτταρόπλασμα και την κυτταρική μεμβράνη. Η κυτταρική μεμβράνη είναι το φυσικό σύνορο του κυττάρου, που το ξεχωρίζει από το περιβάλλον του. Βοηθά το κύτταρο, να κρατά τα συστατικά του ενωμένα, να επικοινωνεί με το περιβάλλον του, να τρέφεται και ταυτόχρονα να απεκκρίνει τις άχρηστες ουσίες, να ελέγχει την είσοδο και την έξοδο ουσιών από το κύτταρο και να αμύνεται απέναντι στα μικρόβια ή τις τοξίνες που το προσβάλλουν. Το κυτταρόπλασμα είναι ο χώρος εσωτερικά από την κυτταρική μεμβράνη και είναι ζελατινώδες. Σε αυτό πραγματοποιούνται όλες οι λειτουργίες του κυττάρου. Επιπλέον, σε κάποιο σημείο του κυτταροπλάσματος είναι συγκεντρωμένο το γενετικό υλικό. Στο γενετικό υλικό βρίσκονται όλες οι πληροφορίες που χρειάζεται το κύτταρο για να ελέγξει τη δομή και τη λειτουργία του. Αυτά τα αρχικά κύτταρα ονομάζονται προκαρυωτικά και οι πιο χαρακτηριστικοί προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι τα βακτήρια, τα οποία είναι απλά, συνήθως μονοκύτταρα (από ένα μόνο κύτταρο) και έχουν διάφορες δομές, όπως μαστίγια και βλεφαρίδες.
Κατά την πορεία της εξέλιξης, επειδή το γενετικό υλικό των κυττάρων έπρεπε να προφυλαχθεί από διάφορα μικρόβια ή χημικές ουσίες, σχηματίστηκε ο πυρήνας, ο οποίος χωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με μια διπλή μεμβράνη, την πυρηνική μεμβράνη, που επιλέγει ποιες ουσίες θα ανταλλαχτούν μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος. Ο πυρήνας περιέχει σχεδόν όλο το γενετικό υλικό ενός κυττάρου και τα κύτταρα που τον διαθέτουν ονομάζονται ευκαρυωτικά. Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί μπορεί να είναι μονοκύτταροι ή πολυκύτταροι, όπως τα φυτά και τα ζώα, με πιο εξελιγμένο ζώο τον άνθρωπο.
Όλα τα κύτταρα για να επιβιώσουν, αλλά και για να φτιάξουν τις δομές τους και να λειτουργήσουν, πρέπει να φτιάχνουν πρωτεΐνες. Έτσι, κάθε κύτταρο, από το πιο απλό έως το πιο σύνθετο, έχει κάποιες δομές μέσα στο κυτταρόπλασμά του, που λέγονται ριβοσώματα. Αυτά βοηθούν το κύτταρο να συνθέσει τις πρωτεΐνες που του είναι απαραίτητες. Κάθε κύτταρο έχει ως σκοπό του την αύξηση και την αναπαραγωγή του. Βέβαια, οι μονοκύτταροι οργανισμοί μπορούν να αυξηθούν μόνο μέχρι ένα συγκεκριμένο μέγεθος και συνήθως είναι μικροσκοπικοί. Επίσης, πρέπει να κάνουν και όλες τις λειτουργίες που τους είναι απαραίτητες για την επιβίωση. Οι πολυκύτταροι οργανισμοί, αντίθετα, αποτελούνται από πάρα πολλά κύτταρα, τα οποία είναι εξειδικευμένα, δηλαδή εκτελούν μία μόνο λειτουργία. Για παράδειγμα στον άνθρωπο, τα μυικά κύτταρα βοηθούν στην κίνηση, τα νευρικά κύτταρα δέχονται και μεταφέρουν μηνύματα.
ΤΟ ΦΥΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ
Το φυτικό κύτταρο περιβάλλεται από την πλασματική μεμβράνη, η οποία δομείται από λιπίδια και πρωτεΐνες. Η πλασματική μεμβράνη διαχωρίζει και εξατομικεύει το κύτταρο από το περιβάλλον του. Ο ρόλος της όμως δεν περιορίζεται στο να είναι ένα απλό σύνορο. Ελέγχει επιπλέον ποιες ουσίες εισέρχονται ή εξέρχονται από το κύτταρο εξυπηρετώντας την επικοινωνία του με το περιβάλλον. Ο πυρήνας έχει, συνήθως, σχήμα σφαιρικό ή ωοειδές και αποτελεί το «κέντρο ελέγχου» του κυττάρου. Εκεί βρίσκεται το γενετικό υλικό (DNA) στο οποίο είναι καταγραμμένες οι πληροφορίες για όλα τα χαρακτηριστικά του κυττάρου (δομικά και λειτουργικά). Περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη (πυρηνική) με ανοίγματα (πόρους), μέσω των οποίων γίνεται ανταλλαγή μορίων μεταξύ του πυρήνα και του υπόλοιπου κυττάρου. Τον χώρο ανάμεσα στην πλασματική μεμβράνη και στον πυρήνα καταλαμβάνει το κυτταρόπλασμα. Στο κυτταρόπλασμα υπάρχουν διάφορα οργανίδια, τα οποία επιτελούν τις διάφορες λειτουργίες του κυττάρου.
1. Ενδοπλασματικό δίκτυο:
Είναι ένα σύστημα μεμβρανών που συνδέονται με την πλασματική και την πυρηνική μεμβράνη. Αποτελεί ένα ενιαίο δίκτυο αγωγών και κύστεων, μέσω των οποίων εξασφαλίζεται η μεταφορά ουσιών σε όλα τα μέρη του κυττάρου. Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διακρίνουμε δύο μορφές ενδοπλασματικού δικτύου, το αδρό και το λείο. Στην επιφάνεια του αδρού ενδοπλασματικού δικτύου υπάρχουν μικροί σχηματισμοί, τα ριβοσώματα, που του δίνουν όψη αδρή (τραχιά). Τα ριβοσώματα αποτελούνται από πρωτεΐνες και RNA. Σε αυτά γίνεται η σύνθεση των πρωτεϊνών. Ριβοσώματα υπάρχουν επίσης ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα. Συνέχεια του αδρού αποτελεί το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο, στο οποίο δεν υπάρχουν ριβοσώματα. Η λειτουργία του έχει σχέση με τη σύνθεση λιπιδίων και την αποθήκευση διάφορων πρωτεϊνών.
2. Σύμπλεγμα Golgi:
Το σύμπλεγμα αυτό αποτελείται από ένα σύνολο παράλληλων πεπλατυσμένων σάκων στους οποίους οι πρωτεΐνες, μετά τη σύνθεσή τους, τροποποιούνται και παίρνουν την τελική τους μορφή.
3. Λυσοσώματα:
Έχουν σφαιρικό σχήμα και περιέχουν δραστικά ένζυμα, τα οποία συντελούν στη διάσπαση ουσιών, π.χ. πρωτεϊνών, αλλά και μικροοργανισμών, όπως είναι, για παράδειγμα, τα διάφορα μικρόβια που μολύνουν τον οργανισμό μας.
4. Χυμοτόπιο - Κενοτόπια:
Είναι κυστίδια που περιέχουν ένα υδατώδες υγρό. Χαρακτηριστικά κενοτόπια είναι τα πεπτικά, τα οποία συναντάμε στα ζωικά κύτταρα, και τα χυμοτόπια, τα οποία συναντάμε στα φυτικά κύτταρα. Τα πεπτικά κενοτόπια σχηματίζονται όταν εισέρχονται στο ζωικό κύτταρο τροφικά σωματίδια ή μικροοργανισμοί που, στη συνέχεια, θα χρησιμοποιηθούν ή θα καταστραφούν. Τα χυμοτόπια αποτελούν αποθήκες θρεπτικών ουσιών για το φυτικό κύτταρο και καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος του.
5. Μιτοχόνδρια:
Έχουν σχήμα επίμηκες, σφαιρικό ή ωοειδές. Ο ρόλος τους είναι να εξασφαλίζουν ενέργεια, που είναι απαραίτητη για τις λειτουργίες του κυττάρου. Για τον σκοπό αυτό τα μιτοχόνδρια είναι παρόντα στα ευκαρυωτικά κύτταρα και ο αριθμός τους ποικίλλει ανάλογα με τις ενεργειακές ανάγκες του κυττάρου. Έτσι, τα μυϊκά κύτταρα του ανθρώπου διαθέτουν πολλά μιτοχόνδρια, ενώ άλλα κύτταρα έχουν λιγότερα. Η απαραίτητη ενέργεια απελευθερώνεται από τη διάσπαση χημικών ενώσεων που συμβαίνει κατά την κυτταρική αναπνοή. Η διαδικασία αυτή γίνεται με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων που υπάρχουν στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων.
6. Χλωροπλάστες:
Έχουν σχήμα φακοειδές. Στα οργανίδια αυτά γίνεται η φωτοσύνθεση, κατά την οποία απλά ανόργανα μόρια (π.χ. διοξείδιο του άνθρακα και νερό) μετατρέπονται με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας σε οργανικά (π.χ. γλυκόζη). Ταυτόχρονα απελευθερώνεται οξυγόνο. Οι χλωροπλάστες περιέχουν ειδικά ένζυμα και άλλα μόρια, όπως χλωροφύλλη, που είναι απαραίτητα για τη φωτοσύνθεση. Παρ’ ότι οι χλωροπλάστες βρίσκονται μόνο στα φωτοσυνθετικά κύτταρα, τα οργανικά μόρια και το οξυγόνο που παράγουν είναι απαραίτητα για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών και τη διατήρηση της ζωής όλων των οργανισμών της Γης.
7. Κυτταρικό τοίχωμα:
Το τοίχωμα αυτό περιβάλλει την πλασματική μεμβράνη των φυτικών κυττάρων. Έχει κυρίως στηρικτικό ρόλο. Είναι συμπαγές, ανθεκτικό και αποτελείται από πολυσακχαρίτες, κυριότερος από τους οποίους είναι η κυτταρίνη.
ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΦΥΤΙΚΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ
Τα κύτταρα αναπτύσσονται και διαιρούνται κατά τη διάρκεια ενός κύκλου που έχει τέσσερες φάσεις. Η όλη φάση της κυτταροδιαίρεσης, που περιλαμβάνει τη μίτωση και την κυτοκίνηση, αναφέρεται ως Μ φάση (Μ=mitosis). Η περίοδος του διπλασιασμού του DNA αναφέρεται ως φάση S (S=synthesis). Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης γίνεται και η σύνθεση των πρωτεϊνών που σχετίζονται με το DNA στα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα. Κατά τον κυτταρικό κύκλο παρατηρούνται και άλλες δυο φάσεις, μια μετά τη Μ και πριν την S που ονομάζεται G1 και μια μετά την S και πριν την Μ που ονομάζεται G2. Το γράμμα G (gap=κενό) χρησιμοποιήθηκε επειδή αρχικά νομίστηκε ότι σε αυτές τις φάσεις δεν συμβαίνει τίποτα. Σήμερα γνωρίζουμε ότι κατά τη φάση G1 το κύτταρο αυξάνει σε μέγεθος και τα οργανίδια του πολλαπλασιάζονται. Κατά τη φάση G2 γίνεται σύνθεση διαφόρων ενζύμων και άλλων πρωτεϊνών, όταν το κύτταρο προετοιμάζεται για την επόμενη μιτωτική διαίρεση. Μερικά κύτταρα, όπως αυτά που παράγουν το δέρμα, διαιρούνται συνεχώς σε όλη τη διάρκεια της ζωής του οργανισμού. Πολλά κύτταρα όμως τα οποία, για κάποιο χρονικό διάστημα ή για πάντα, διακόπτουν τον κυτταρικό τους κύκλο, αναφέρεται ότι βρίσκονται στη φάση G0.
Μίτωση είναι η διαίρεση του ευκαρυωτικού πυρήνα με τρόπο που οι θυγατρικοί πυρήνες να αποκτούν τον ίδιο αριθμό και είδος χρωμοσωμάτων με τον μητρικό πυρήνα. Πριν ξεκινήσει η μίτωση κάθε χρωμόσωμα έχει ήδη διπλασιαστεί και αποτελείται από δυο χρωματίδες. Στο τέλος της μίτωσης κάθε χρωμόσωμα αποτελείται πάλι από μια χρωματίδα. Κατά τη διάρκεια της μιτωτικής διαίρεσης δημιουργείται μια δομή από μικροσωληνίσκους, η μιτωτική άτρακτος, η οποία εξασφαλίζει τη σωστή κατανομή των χρωμοσωμάτων στους θυγατρικούς πυρήνες. Τέτοια δομή δεν έχει παρατηρηθεί κατά τη διχοτόμηση προκαρυωτικών οργανισμών. Η μίτωση, οποία καλείται και καρυοκίνηση, είναι μια συνεχής διαδικασία που έχει διαιρεθεί σε τέσσερα στάδια γνωστά ως πρόφαση, μετάφαση, ανάφαση και τελόφαση. Στους μονοκύτταρους οργανισμούς, η μίτωση είναι και ο κύριος τρόπος μονογονικής αναπαραγωγής για τη γρήγορη αύξηση του πληθυσμού.
1. Μεσόφαση
Η φάση αυτή συχνά αναφέρεται λανθασμένα ως φάση ανάπαυσης του κυττάρου. Η διάρκειά της διαφέρει ανάλογα με το είδος του κυττάρου και είναι η περίοδος που το κύτταρο συνήθως συνθέτει τα οργανίδια του και αυξάνεται σε μέγεθος. Οι πυρηνίσκοι είναι ευδιάκριτοι και συνθέτουν ριβοσώματα. Πριν από κάθε κυτταροδιαίρεση, το DNA κάθε χρωμοσώματος διπλασιάζεται έτσι που να σχηματιστούν δυο πανομοιότυπες πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες. Αυτές περιβάλλονται από ένα πρωτεϊνικό κάλυμμα και στο ξεκίνημα της κυτταροδιαίρεσης είναι δίπλα-δίπλα. Κάθε ένας από τους κλώνος του DNΑ αναφέρεται ως χρωματίδα. Οι δυο θυγατρικές χρωματίδες συγκρατούνται μεταξύ τους από το κεντρομερίδιο, το οποίο σχετίζεται με τον κινητοχώρο, περιοχή του χρωμοσώματος στην οποία στηρίζονται τα ινίδια της ατράκτου κατά την κυτταροδιαίρεση. Το χρωμοσωμικό υλικό χρωματίζεται και καλείται χρωματίνη, αλλά η δομή των χρωμοσωμάτων δεν διακρίνεται εύκολα.
2. Πρόφαση
Συνήθως είναι η μεγαλύτερη διάρκεια φάσης της πυρηνοδιαίρεσης. Οι χρωματίδες κονταίνουν και παχαίνουν με περιέλεξη γύρω από τον εαυτό τους με αποτέλεσμα να γίνονται ορατές στο μικροσκόπιο, ύστερα από χρώση. Στο τέλος της πρόφασης ο πυρηνικός φάκελος κομματιάζεται σε μικρά κυστίδια που διασπείρονται μέσα στο κύτταρο ενώ σχηματίζεται η μιτωτική άτρακτος.
3. Μετάφαση
Τα ζευγάρια των χρωματίδων προσαρτώνται στα ινίδια της ατράκτου στην περιοχή του κεντρομεριδίου. Οι χρωματίδες μετακινούνται προς το κέντρο του κυττάρου.
4. Ανάφαση
Είναι το πιο σύντομο στάδιο. Τα κεντρομερίδια διαχωρίζονται στα δύο και τα ινίδια της ατράκτου έλκουν τα κεντρομερίδια στους αντίθετους πόλους του κυττάρου. Οι διαχωρισμένες χρωματίδες, που τώρα καλούνται χρωμοσώματα σύρονται προς τους πόλους πίσω από τα κεντρομερίδια.
5. Τελόφαση
Τα χρωμοσώματα φτάνουν στους πόλους του κυττάρου, ξετυλίγονται, επιμηκύνονται και δεν είναι πλέον ορατά. Τα ινίδια της ατράκτου αποσυνθέτονται, ο πυρηνικός φάκελος ξανασχηματίζεται γύρω από τα χρωμοσώματα στον κάθε πόλο, ενώ ξαναεμφανίζονται οι πυρηνίσκοι. Η τελόφαση συνήθως ακολουθείται από τη διαίρεση του κυτταροπλάσματος.
Η κυτταροδιαίρεση είναι η διαίρεση του κυτταροπλάσματος. Αυτό το στάδιο συνήθως ακολουθεί την τελόφαση και οδηγεί στη φάση G1 της μεσόφασης. Όταν το κύτταρο προετοιμάζεται για τη διαίρεση του, τα οργανίδια του μετακινούνται και κατανέμονται πιο ομοιόμορφα κοντά στους δυο πόλους του κυττάρου μαζί με τα χρωμοσώματα.
ΙΣΤΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΦΥΤΟΥ
Τα φυτά, στην πλειονότητά τους, αποτελούνται από κατηγορίες κυττάρων με συγκεκριμένη μορφή, για να επιτελούν και μια συγκεκριμένη λειτουργία, τους φυτικούς ιστούς. Σκοπός των ιστών είναι να επιτελέσουν τις διάφορες λειτουργίες του φυτού με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Οι ιστοί των φυτών είναι ο επιδερμικός ιστός, το παρέγχυμα, το κολέγχυμα, το σκληρέγχυμα, ο αγωγός ιστός. Οι ιστοί αυτοί συμμετέχουν στη δημιουργία των διαφόρων οργάνων του φυτού, που είναι η ρίζα, ο βλαστός, το φύλλο, το άνθος, ο καρπός και ο σπόρος. Ο επιδερμικός ιστός αποτελεί το σύνορο μεταξύ του φυτικού οργανισμού και του περιβάλλοντος. Αποτελείται από κύτταρα που έχουν μεγάλη συνοχή μεταξύ τους. Έτσι καταφέρνουν να προστατεύσουν το φυτό από εξωτερικούς βλαπτικούς παράγοντες όπως είναι οι διάφοροι μικροοργανισμοί ή παράσιτα, τα τσιμπήματα εντόμων, η υψηλή θερμοκρασία, η μεγάλης έντασης ηλιακή ακτινοβολία και η ξηρασία Τα κύτταρα της επιδερμίδας προστατεύουν το φυτό από την απώλεια νερού και σχηματίζουν τα στόματα, κατασκευές με τις οποίες το φυτό ανταλλάσσει τα αέρια (υδρατμούς και διοξείδιο του άνθρακα), με το περιβάλλον. Το παρέγχυμα αποτελείται από κύτταρα χωρίς ιδιαίτερη διαφοροποίηση. Είναι ο ιστός που κυρίως πραγματοποιεί τη φωτοσύνθεση και την αποταμίευση νερού ή θρεπτικών συστατικών, ένας λειτουργικός ιστός δηλαδή. Στα παρεγχυματικά κύτταρα στηρίζεται και η αναγεννητική ικανότητα των φυτών. Το κολέγχυμα και το σκληρέγχυμα αποτελούνται από κύτταρα με παχιά τοιχώματα, πιο μαλακά στο κολέγχυμα και πιο σκληρά στο σκληρέγχυμα, και με ρόλο στηρικτικό. Ο αγωγός ιστός όπως φανερώνει και το όνομά του, έχει το ρόλο του μεταφορέα νερού και θρεπτικών συστατικών, σε όλα τα μέρη του φυτού. Αποτελείται από δυο διαφορετικούς δρόμους. Το ξύλωμα, με τα αγγεία, αποτελεί την άνοδο από τη ρίζα μέχρι τα φύλλα και το φλοίωμα, με τους ηθμοσωλήνες, αποτελεί την κάθοδο μέχρι τη ρίζα. Κάθε ένα από τα όργανα του φυτού περιέχει σχεδόν όλους τους προαναφερόμενους ιστούς.
Στα απλούστερα φυτά το σώμα τους συνίσταται από ένα και μόνο κύτταρο, μέσα στο οποίο και πραγματοποιούνται όλες οι λειτουργίες της ζωής. Σύμφωνα με την εξελικτική θεωρία τα απλά αυτά φυτικά κύτταρα συνενώθηκαν σε αποικίες ως αθροίσματα, αρχικά με χαλαρό δεσμό και αργότερα με σταθερότερο, απ’ όπου και προέκυψαν τα πολυκύτταρα φυτά. Στα κατώτερα φυτά, (θαλλόφυτα), η πολυπλοκότητα της μορφής και της κατασκευής τους εμφανίζει ποικίλες διαβαθμίσεις. Ομάδες των αλγών όπως φαιοφύκη και ερυθροφύκη μοιάζουν συχνά με ανώτερα φυτά ως προς το σχηματισμό και τη διάταξη των μερών του σώματός τους. Στα δε βρυόφυτα η σταδιακή διαφοροποίηση του θαλλού παρουσιάζει ακόμη στενότερη και παράλληλη ανάπτυξη ως προς τα ανώτερα φυτά. Κάποια μάλιστα εξ αυτών έχουν βλαστόμορφα και φυλλόμορφα σωματικά τμήματα που μοιάζουν με όργανα ανωτέρων φυτών. Πάντως ρίζες βλαστοί και φύλλα δεν εμφανίζονται ούτε στα θαλλόφυτα. Αυτά αποτελούν μέρη των ανωτέρων και ανωτάτων φυτών που προέκυψαν σύμφωνα με νεότερες αντιλήψεις βαθμιαία μετά την εξάπλωση των φυτών στη ξηρά που προηγουμένως ζούσαν στη θάλασσα.
Υποστηρίζεται πως η γενική μορφολογική εικόνα του φυτού πρέπει να είναι ο άξονας ανάπτυξής του. Έτσι υπό αυτή την έννοια δεν υφίστανται θεμελιώδη τμήματα. Ρίζες και φύλλα θεωρούνται δευτερεύουσες εμφανίσεις οι οποίες διαφοροποιήθηκαν σε διαφορετικά όργανα επί ενός πρωτογενούς άξονα του βλαστού, όπου το φύλλο για παράδειγμα προέκυψε είτε ως πλάγια επέκταση του άξονα, είτε ως κλαδικό σύστημα που έγινε επίπεδο και πλατύ για την ανάπτυξη ιστού. Η ρίζα είναι το υπόγεια τμήμα του φυτού και απορροφά νερό και ανόργανα στοιχεία του εδάφους. Τα ριζικά κύτταρα δε εκτίθενται στο φως και ως εκ τούτου δε φωτοσυνθέτουν. Τις ενεργειακές ανάγκες τους καλύπτουν από ουσίες που προμηθεύονται από τα φύλλα και το βλαστό. Ο βλαστός είναι το επίμηκες όργανο του φυτού που συνδέει όλα τα υπόλοιπα φυτικά μέρη. Πολλές φορές κύτταρα του φωτοσυνθέτουν ή/και αποταμιεύουν ουσίες. Τα φύλλα είναι τα «φωτοσυνθετικά εργοστάσια», μπορούμε να πούμε, κάθε φυτού. Τις περισσότερες φορές έχουν μεγάλη επιφάνεια, με στόχο να συλλέγουν μεγάλες ποσότητες φωτός και να δουλεύει πιο εντατικά η φωτοσύνθεση. Τα άνθη χρησιμοποιούνται από τα φυτά για φυλετική αναπαραγωγή. Το τυπικό άνθος αποτελείται από σέπαλα ή κάλυκα. Πέταλα ή στεφάνη και στήμονες ή ύπερο (ή και τα δύο). Πολλές φορές τα φυτά στα άνθη τους χρησιμοποιούν ελκυστικά χρήματα κι αρώματα για την προσέλκυση εντόμων που βοηθούν στη διάδοση γενετικού υλικού και την επικονίαση. Τα άνθη που χρησιμοποιούνται συνήθως εξελίσσονται σε καρπούς, οι οποίοι περιέχουν έναν ή περισσότερους σπόρους(σπέρματα). Το φυτό αρχίζει να αναπτύσσεται από ένα μικρό σπόρο που βρίσκεται μέσα στον καρπό και μπορεί να γίνει ένα μεγάλο δέντρο. Η ανάπτυξη και οι διαστάσεις που θα πάρει το φυτό εξαρτώνται κατά πρώτο λόγο από την αύξηση του αριθμού των κυττάρων. Το φυτό τρέφεται και οι σχηματιζόμενες, στην περίπτωση αυτή, οργανικές ουσίες μετατρέπονται σε ουσίες του ίδιου του πρωτοπλάσματος. Το κύτταρο αρχίζει να διαιρείται και από το ένα δημιουργούνται δύο.
ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΦΥΤΩΝ
Σχετικά με την ικανότητα της διατροφής τους, τα φυτά διακρίνονται σε αυτότροφα και ετερότροφα. Αυτότροφα είναι τα φυτά εκείνα που χάρη στην παρουσία της χλωροφύλλης που απορροφά την ακτινοβολούμενη ενέργεια του ηλιακού φωτός είναι ικανά να αυξήσουν το σώμα τους, μετατρέποντας τις ανόργανες ουσίες του εδάφους και του αέρα σε οργανικές συνθέσεις. Τα ετερότροφα φυτά είναι εκείνα που είναι ανίκανα για μια αυτόνομη ζωή και ζουν σε βάρος άλλων οργανισμών (παράσιτα) ή αναπτύσσονται πάνω σε οργανικές ουσίες που βρίσκονται σε κατάσταση αποσύνθεσης (σαπρόφυτα). Τα φυτά ανάλογα με τη μορφή τους διακρίνονται σε: ξυλώδη (π.χ. δέντρα), στα οποία ο βλαστός και τα κλαδιά είναι ξυλοποιημένα, σε θαμνώδη, που δεν έχουν πραγματικό κορμό, αλλά ξυλοποιημένα κλαδιά που φυτρώνουν από το έδαφος, σε φρυγανώδη, σε αναρριχώμενα και σε ποώδη. Επίσης τα φυτά διακρίνονται σε καλλιεργούμενα, σε άγρια, σε φυτά των τοίχων, σε φυτά φαρμακευτικά, που χρησιμεύουν στην Ιατρική ως φάρμακα, σε δηλητηριώδη κ.ά. Επίσης σε ξηρόφυτα που ζουν σε ξερά περιβάλλοντα, σε υδρόφυτα που προτιμούν ποσότητα νερού, σε θερμόφιλα, σε ψυχρόφιλα κλπ.
ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΦΥΤΟΥ
Το σύνολο της ζωής στον πλανήτη εξαρτάται από την ενέργεια του ήλιου. Η ζωή στα δασικά οικοσυστήματα βασίζεται σε δυο σημαντικές και πολύπλοκες διαδικασίες. Η μια γίνεται μόνο στα φυτά και λέγεται φωτοσύνθεση κι η άλλη εμφανίζεται στα φυτά τα ζώα και τους μικροοργανισμούς και λέγεται αναπνοή. Τα πράσινα μέρη του φυτού χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια και τη μετατρέπουν σε χημική και αυτή τη χημική ενέργεια είναι που αναζητούν οι καταναλωτές και τρέφονται με φυτά ή ζώα. Έτσι, τα φυτά χαρακτηρίζονται σαν εργοστάσια παραγωγής ενέργειας.
ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ
Η φωτοσύνθεση είναι ίσως η πιο σημαντική βιοχημική διαδικασία που γίνεται πάνω στη γη. Φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία κατά την οποία τα πράσινα φυτά και ορισμένοι άλλοι οργανισμοί μετασχηματίζουν τη φωτεινή ενέργεια σε χημική. Κατά την φωτοσύνθεση στα φυτά η φωτεινή ενέργεια δεσμεύεται και χρησιμοποιείται για τη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα και νερού σε οξυγόνο και ενεργειακά πλούσιες οργανικές ενώσεις, κυρίως υδατάνθρακες, που χρησιμοποιούνται από όλους τους ζωντανούς οργανισμούς ως καύσιμο για ενέργεια, και ως βάση για να δημιουργήσουν άλλα μόρια από μόνοι τους. Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα φυτά, μερικά βακτήρια και μερικά πρώτιστα (τα καλούμενα αυτότροφα) χρησιμοποιούν την ενέργεια του φωτός για να παράγουν μόρια γλυκόζης από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό. Το οξυγόνο απελευθερώνεται σε αυτή τη διαδικασία. Η ακόλουθη χημική εξίσωση αναπαριστά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης:
Τα περισσότερα φυτά φτιάχνουν περισσότερη γλυκόζη από όση χρειάζονται και την αποθηκεύουν με τη μορφή αμύλου στους αμυλοπλάστες. Οι αμυλοπλάστες βρίσκονται στα φυτικά κύτταρα αλλά και σε ειδικά αποταμιευτικά μέρη των φυτών. Σε παγκόσμια κλίμακα, η φωτοσύνθεση η οποία γίνεται στους χλωροπλάστες δημιουργεί δισεκατομμύρια τόνους οργανικού υλικού κάθε χρόνο. Αυτό κάνει τη φωτοσύνθεση την πιο σημαντική χημική πορεία της ζωής στη Γη. Αυτή η διαδικασία προσφέρει την πηγή τροφής για άλλους οργανισμούς καθώς και το οξυγόνο που χρειάζονται για την αναπνοή τους.
Το νερό προσλαμβάνεται από τις ρίζες των φυτών. Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται από τα στόματα των φύλλων. Με τη βοήθεια της χλωροφύλλης και την ενέργεια του φωτός παράγεται η γλυκόζη που χρησιμοποιείται από τα φυτά και οξυγόνο το οποίο εξέρχεται από τα φυτά και πάλι μέσω των στομάτων του φύλλο. Η φωτοσύνθεση γίνεται στα πράσινα μέρη των φυτών, που είναι κυρίως τα φύλλα και συχνά ο βλαστός τους. Η δομή του φύλλου είναι κατάλληλα προσαρμοσμένη, για να εξυπηρετεί τη λειτουργία της φωτοσύνθεσης. Σε εγκάρσια τομή του παρατηρούμε τις δύο επιδερμίδες, την πάνω και την κάτω, που καλύπτονται συνήθως από εφυμενίδα Ανάμεσα στις δύο επιδερμίδες
Στις αρχές του 20ού αιώνα οι βιολόγοι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ή φωτοσύνθεση περιλαμβάνει δύο ομάδες αντιδράσεων. Τις αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως (φωτεινή φάση) και τις αντιδράσεις που είναι ανεξάρτητες από την ύπαρξη φωτός (σκοτεινή φάση). Κατά τις αντιδράσεις της φωτεινής φάσης, που γίνονται στα grana των χλωροπλαστών, η φωτεινή ενέργεια χρησιμοποιείται για τη σύνθεση μορίων ΑΤΡ και τη δημιουργία υδρογόνου (Η+ + e-). Κατά τις αντιδράσεις της σκοτεινής φάσης, που γίνονται στο στρώμα των χλωροπλαστών, τα μόρια του ΑΤΡ και του υδρογόνου που παρήχθησαν κατά τη φωτεινή φάση χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε υδατάνθρακες (γλυκόζη).
• Φωτεινή φάση
Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης της φωτοσύνθεσης συμβαίνουν σημαντικά γεγονότα. Μόρια χλωροφύλλης, τα οποία βρίσκονται κατά ομάδες στα grana των χλωροπλαστών, δεσμεύουν φωτεινή ενέργεια και διεγείρονται (κάποια από τα ηλεκτρόνιά τους αλλάζουν στιβάδα) και στη συνέχεια αποδιεγείρονται. Η ενέργεια που αποδίδεται κατά την αυτοδιέγερση των μορίων αυτών προκαλεί τον ιονισμό (απώλεια ηλεκτρονίων) άλλων μορίων χλωροφύλλης. Μέρος της ενέργειας που παράγεται από τις διαδικασίες αυτές, ίσως όμως και ενέργεια προερχόμενη από άλλες πηγές, άγνωστες σε μεγάλο βαθμό, προκαλεί τη διάσπαση μορίων νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο (φωτόλυση νερού). Παράλληλα, σχηματίζεται ΑΤΡ από ADP. Το οξυγόνο που παράγεται από τη φωτόλυση του νερού ελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, ενώ το υδρογόνο δεσμεύεται από μόρια του συνενζύμου ΝΑDΡ, τα οποία μετατρέπονται σε NADPH. Το ΑΤΡ και το NADPH που παράγονται κατά τη φωτεινή φάση της φωτοσύνθεσης, χρησιμοποιούνται στις αντιδράσεις της σκοτεινής φάσης για το σχηματισμό των τελικών προϊόντων.
• Σκοτεινή φάση
Το πρώτο βήμα των αντιδράσεων της σκοτεινής φάσης γίνεται με τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα από μια πεντόζη. Ακολουθεί μια σειρά αντιδράσεων κατά τις οποίες με τη βοήθεια των μορίων ΑΤΡ και του NADPH, που έχουν παραχθεί από τις αντιδράσεις της φωτεινής φάσης, παράγεται τελικά γλυκόζη και άλλες ουσίες. Στα προϊόντα αυτής της σειράς αντιδράσεων περιλαμβάνεται και νερό (Η2Ο).
Η φωτοσύνθεση είναι η σημαντικότερη λειτουργία που γίνεται στη βιόσφαιρα, γιατί µε τις οργανικές ουσίες που παράγει, συντηρεί τη ζωή στο γήινο οικοσύστημα. Με τη φωτοσύνθεση δεσμεύονται τεράστιες ποσότητες CO2 και έτσι, αφενός µεν, καθαρίζεται η ατμόσφαιρα και, αφετέρου, διατηρείται περίπου σταθερός ο άνθρακας στον κύκλο που ακολουθεί (αποβολή CO2 µε την αναπνοή των οργανισμών και δέσμευση του µε τη φωτοσύνθεση). Εμπλουτίζεται η ατμόσφαιρα και η υδρόσφαιρα µε οξυγόνο που είναι απαραίτητο για την επιβίωση των οργανισμών (οξείδωση οργανικών ουσιών και παραγωγή ενέργειας). Επομένως, χωρίς τη φωτοσύνθεση δεν είναι δυνατή η συντήρηση και η συνέχιση της ζωής στον πλανήτη µας.
ΔΙΑΠΝΟΗ
Η διαπνοή είναι φυσιολογική διεργασία των φυτών. Αποτελεί τμήμα του κύκλου του νερού και συνίσταται στην αποβολή νερού υπό μορφή υδρατμών από τμήματα των φυτών. Η διαπνοή λαμβάνει χώρα κυρίως στα φύλλα (στόματα), αλλά μπορεί να συμβαίνει, επίσης, τόσο στους πράσινους βλαστούς όσο και στα άνθη. Η επιφάνεια των φύλλων, όταν παρατηρηθεί με μεγεθυντικό φακό ή μικροσκόπιο εμφανίζει μικρά ανοίγματα, υπό μορφή πόρων, τα οποία ονομάζονται στόματα τα οποία είναι περισσότερα στην κάτω επιφάνεια των φύλλων. Τα στόματα μπορούν να ανοίγουν και να κλείνουν με τη βοήθεια ειδικών κυττάρων, τα οποία ονομάζονται καταφρακτικά κύτταρα. Μέσω των στομάτων δεν εξέρχεται μόνο νερό αλλά επιτρέπεται η γενικότερη επικοινωνία του φυτού με το εξωτερικό περιβάλλον, καθώς από αυτά εισέρχεται διοξείδιο του άνθρακα προκειμένου να πραγματοποιηθεί η λειτουργία της φωτοσύνθεσης και εξέρχεται οξυγόνο, το οποίο αποτελεί προϊόν της. Η διαπνοή αποτελεί, επίσης, μηχανισμό αποβολής θερμότητας από το φυτό και παράλληλα επιτρέπει τη μεταφορά των απαραίτητων θρεπτικών συστατικών από τη ρίζα στο βλαστό και στα φύλλα δημιουργώντας τις κατάλληλες συνθήκες διαφοράς πίεσης. Με τη λειτουργία της διαπνοής ανανεώνεται το νερό που έρχεται από το έδαφος κι έτσι απορροφούνται νέες ουσίες που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη του φυτού. Τα φυτά ελέγχουν το πόσο νερό θα αποβάλλουν στην ατμόσφαιρα, ανοίγοντας και κλείνοντας τα στόματα τους. Αυτό ονομάζεται ρυθμός διαπνοής.
Ο ρυθμός της διαπνοής των φυτών εξαρτάται από παράγοντες:
• Θερμοκρασία - Ο ρυθμός της διαπνοής αυξάνεται όταν αυξάνει η θερμοκρασία περιβάλλοντος, ειδικά κατά την εποχή της ανάπτυξης του φυτού. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες προκαλούν το άνοιγμα των στομάτων από τα καταφρακτικά κύτταρα, ενώ αντίθετα οι χαμηλότερες προκαλούν το κλείσιμο των στομάτων. Η θερμοκρασία σε φυσικές συνθήκες - όχι σε συνθήκες θερμοκηπίου - επηρεάζεται από την ηλιοφάνεια και την έντασή της εξ ου και η συνάρτηση της διαπνοής από την γεωγραφική θέση και την εποχή.
• Υγρασία - Η ξηρή ατμόσφαιρα ευνοεί την εξάτμιση του νερού, καθώς δεν είναι κορεσμένη από υδρατμούς. Συνεπώς όσο ξηρότερη είναι η ατμόσφαιρα τόσο πιο έντονη είναι η διαπνοή.
• Άνεμοι και κινήσεις της ατμόσφαιρας - Όσο περισσότερο κινείται ο αέρας που περιβάλλει ένα φυτό τόσο πιο έντονη γίνεται η διαπνοή. Αυτό σχετίζεται με τον προηγούμενο παράγοντα, καθώς ακόμη και σε ξηρή ατμόσφαιρα, αν ο αέρας γύρω από το φυτό παραμένει ακίνητος, βαθμιαία κορεννύεται γύρω από αυτό. Αν όμως κινείται, ο κορεσμένος σε υδρατμούς αέρας απομακρύνεται από το φυτό και αντικαθίσταται από ξηρότερο.
• Η υγρασία του εδάφους - Όταν υπάρχει έλλειψη νερού στο έδαφος, τα φυτά είναι πιθανόν να αρχίσουν να γερνούν πρόωρα, με συνέπεια να διαπνέουν λιγότερο. Σημαντικό ρόλο παίζει, επίσης, και ο τύπος του εδάφους: Αν το έδαφος τείνει να είναι πολύ συμπαγές με μικρούς πόρους ανάμεσα στα σωμάτια που το συγκροτούν (σκληρό χώμα) παρεμποδίζεται η ανάκτηση νερού από τις ρίζες του φυτού με συνέπεια την ανάλογη μείωση της διαπνοής.
• Άνοιγμα των στομάτων – Είναι ο σπουδαιότερος παράγοντας που επηρεάζει την ταχύτητα διαπνοής. Τα φυτά έχουν τη δυνατότητα να ρυθμίζουν το πόσο ανοίγουν τα στόματα των φύλλων. Μεγαλύτερο άνοιγμα συνεπάγεται και μεγαλύτερος ρυθμός διαπνοής. Όταν τα φυτά δεν έχουν αρκετό νερό στη διάθεσή τους, περιορίζουν το άνοιγμα των στομάτων και επιβραδύνουν την διαπνοή.
• Το είδος των φύλλων – Όσο πιο μεγάλα φύλλα έχει ένα φυτό τόσο εντονότερη είναι η διαπνοή του. Όση μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια του φύλλου τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των στομάτων.
• Ο τύπος του φυτού - Τα διάφορα είδη φυτών διαπνέουν σε ποικίλους ρυθμούς. Μερικά φυτά που αναπτύσσονται σε σχεδόν τελείως ξηρές περιοχές, όπως είναι οι κάκτοι, αποθηκεύουν το διαθέσιμο νερό ελαττώνοντας σε μηδενικά σχεδόν επίπεδα την διαπνοή τους. Αντίθετα, φυτά που ζουν σε υγρές περιοχές διαπνέουν εντονότερα.
• Η φάση ζωής του φυτού: Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης ενός φυτού η διαπνοή από ένα φύλλο είναι πολύ μεγαλύτερη σε σχέση με το ίδιο το βάρος του: Ένα χωράφι με καλαμπόκι έκτασης μισού περίπου στρέμματος διαπνέει 11.000 - 15.000 λίτρα νερού ημερησίως, ενώ μια μεγάλη βαλανιδιά διαπνέει περίπου 150.000 λίτρα νερού ετησίως.
Η διαπνοή μπορεί επίσης να γίνεται και με την αποβολή νερού υπό υγρή μορφή (guttation) από υγιή φύλλα και βλαστούς, ενώ έρευνες έχουν καταδείξει ότι περίπου το 10% της ατμοσφαιρικής υγρασίας οφείλεται στην διαπνοή των φυτών.
ΑΝΑΠΝΟΗ
Τα φυτά αναπνέουν από όλα τα μέρη τους (ρίζες, βλαστό και κυρίως φύλλα). Κατά την αναπνοή τα φυτά παίρνουν οξυγόνο από το περιβάλλον και αποβάλλουν διοξείδιο του άνθρακα. Άρα μπορούμε να πούμε ότι η αναπνοή είναι αντίθετη διαδικασία της φωτοσύνθεσης Τόσο κατά τη φωτοσύνθεση όσο και κατά την αναπνοή τα φυτά παίρνουν και δίνουν τα αέρια από το περιβάλλον κυρίως με τα φύλλα και μάλιστα με τα στόματα τους, τους μικροσκοπικούς αυτούς πόρους που έχουν στο κάτω μέρος των φύλλων (ονομάστηκαν έτσι γιατί μοιάζουν με το ανθρώπινο στόμα) Την ημέρα η αναπνοή στα φύλλα γίνεται κυρίως από τα στόματα και τη νύχτα περισσότερο από την επιδερμίδα των φύλλων. Στις ρίζες και στο πράσινο μέρος του βλαστού η αναπνοή γίνεται από την επιδερμίδα τους. Το οξυγόνο χρησιμοποιείται για τη διάσπαση του άμυλου - που παρασκευάζεται στη φωτοσύνθεση - σε απλούστερες ουσίες. Από αυτές ελευθερώνεται ενέργεια που «ταξιδεύει» σε κάθε κύτταρο του φυτού. Το διοξείδιο του άνθρακα, ως προϊόν καύσης αποβάλλεται από τα στόματα των φύλλων και την επιδερμίδα των φύλλων, της ρίζας και του πράσινου βλαστού. Την ημέρα, τα φυτά αναπνέουν απορροφώντας οξυγόνο και ταυτόχρονα φωτοσυνθέτουν αποβάλλοντας πολύ περισσότερο οξυγόνο από αυτό που απορροφούν.
