Οικοσύνθεση στον Άρη

9) Το οικοσύστημα χλόης και ανθοφόρων φυτών

ανθοφόρα φυτά

Ο κρίσιμος παράγοντας που θα καθορίσει τη μετάβαση στο τρίτο στάδιο οικοσύνθεσης στον Άρη, που χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση ανθοφόρων φυτών, είναι το επίπεδο του ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Στα περισσότερα περιβάλλοντα στη γη μόνο δύο από τις δομές των ανθοφόρων φυτών κινδυνεύουν από χαμηλά επίπεδα οξυγόνου: σπόροι και υπόγεια όργανα όπως οι ρίζες, τα ριζώματα και οι βολβοί. Τα ριζώματα και οι βολβοί είναι υπόγειοι μίσχοι. Πολλοί σπόροι βλαστάνουν με μικρότερο ρυθμό εάν το οξυγόνο πέσει κάτω από 10 kPa ή 100 mbar.

Στη γη το οξυγόνο περιορίζει πάντα το βάθος στο οποίο μπορούν να διεισδύσουν οι ρίζες. Οι Armstrong και Gaynard (1976) διαπίστωσαν ότι η κρίσιμη πίεση για να διατηρηθεί η αναπνοή στις ρίζες του ρυζιού Oryza sativa και του υδρόβιου sedge augustifolium Eriophorum είναι 20 έως 25 mbar. Ο Fogg (1995) χρησιμοποίησε αυτήν την πληροφορία όταν πρότεινε ότι η ελάχιστη πίεση O2 για τα φυτά θα βρισκόταν περίπου στα 20 mbar ή 2% Ο2 στην ατμόσφαιρα του Άρη. Ωστόσο, για άλλα είδη φυτών, έχουν αναφερθεί υψηλότερες τιμές. Το καλαμπόκι Zea mays είχε κρίσιμη πίεση οξυγόνου 6kPa (6% ή 60 mbar). Ένας τρίτος λόγος για τον οποίο η χαμηλή συγκέντρωση οξυγόνου μπορεί να περιορίσει την ύπαρξη ανθοφόρων φυτών είναι ότι δεν θα επιτρέπει σε ζώα που γονιμοποιούν τα φυτά να επιβιώσουν. Πολλά φυτά χρειάζονται ζώα για να παράξουν σπόρο. Δεν υπάρχουν επαρκή στοιχεία, αλλά μια μερική πίεση O2 20 mbar είναι απίθανο να επιτρέψει σε ζώα όπως τα ιπτάμενα έντομα να επιβιώσουν. Και πολύ περισσότερο σε νυχτερίδες ή πουλιά. Ο Cockell (1999) εξέτασε διάφορα έντομα και διαπίστωσε ότι όλα τα είδη φάνηκαν να συμπεριφέρονται κανονικά υπό μια πίεση 200 mbar (περίπου 40 mbar του οξυγόνου) για μέχρι 24 ώρες. Τα χαμηλά επίπεδα οξυγόνου πιθανώς να αποκλείσουν ορισμένα φυτά από το να αποικίσουν τον Άρη μέχρι τα επίπεδα οξυγόνου να αυξηθούν αρκετά ώστε να επιτρέψουν και στους ζωικούς επικονιαστές τους για να επιβιώνουν.

Τα πρώτα ανθοφόρα φυτά στον Άρη θα έχουν σπόρους που αντέχουν στην ανοξία και υπόγεια όργανα και μηχανισμούς για την αναπαραγωγή που δεν απαιτούν ζώα-επικονιαστές.

 

Σπόροι, ριζώματα, και φυτά υπό χαμηλή συγκέντρωση οξυγόνου.

Οι σπόροι μπορούν να αποθηκεύσουν αποθέματα τροφής με τη μορφή λιπιδίων, πρωτεϊνών ή αμύλου. Ο ρυθμός βλάστησης των σπόρων που αποθηκεύουν τα λιπίδια ή τις πρωτεΐνες αρχίζει να μειώνεται εάν τα εξωτερικά επίπεδα οξυγόνου πέφτουν κάτω από 10kPa ή 100 mbar. Οι σπόροι με άμυλο, ωστόσο, μπορούν να διατηρήσουν ρυθμούς βλάστησης 50%, όταν μειώνεται η μερική πίεση του οξυγόνου κάτω από το 1kPa ή 10 mbar και μπορούν να βλαστήσουν σε ρυθμό 20% ακόμη και σε 0.1kPa (1 mbar). Το ρύζι είναι ένα υδρόβιο μονοκοτυλήδονο, και οι σπόροι του μπορούν να βλαστήσουν ακόμη κι όταν η μερική πίεση του οξυγόνου πέφτει κάτω από το 0.01kPa (0.1 mbar). Μπορεί να ανεβάσει τους βλαστούς του ακόμη και πάνω από το νερό. Η ζύμωση του αμύλου ενισχύει την βλάστηση. Παρ' ότι οι ρίζες δεν μπορούν να επιζήσουν περισσότερο από μερικές μέρες στην ανοξία, τα υπόγεια ριζώματα αρκετών υδρόβιων φυτών μπορούν να επιζήσουν σε ανοξία για δύο έως τρεις μήνες. Η επιβίωση επιτυγχάνεται με έναν μεγάλο απόθεμα υδατανθράκων. Το ρίζωμα μετατρέπει με ζύμωση τους υδατάνθρακες σε αιθανόλη για να παραγάγει την ενέργεια υπό μορφή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Η τριφωσφορική αδενοσίνη από τη ζύμωση διατηρεί το ρίζωμα ζωντανό το χειμώνα και επίσης τις προσφέρει την απαιτούμενη ενέργεια για την δημιουργία ενός νέου βλαστού την άνοιξη. Μόλις ο βλαστός επιμηκυνθεί και τα φύλλα επεκταθούν, τα υδρόβια φυτά αναπτύσσουν έναν άλλο μηχανισμό για να αναπτυχτούν σε ένα περιβάλλον φτωχό σε οξυγόνο: Έναν ειδικό ιστό που λέγεται αερέγχυμα (φυτικός ιστός όπου κυριαρχούν οι μεσοκυττάριοι χώροι, ώστε να κυκλοφορούν αέρια). Το αερέγχυμα αποτελείται από διασυνδεμένα κανάλια που βρίσκονται στους μίσχους και τις ρίζες. Τα κανάλια είναι γεμάτα με αέριο και παρέχουν μια διάβαση για τη μετακίνηση του οξυγόνου, του διοξειδίου του άνθρακα, και της αιθανόλης. Τα υδρόβια φυτά είναι επίσης ανεκτικά σε υψηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα. Αρκετά υδρόβια φυτά πρέπει να είναι κατάλληλα για τον αποικισμό του Άρη νωρίς στο τρίτο στάδιο οικοσύνθεσης.

Υπάρχει μια ακόμη ομάδα ανθοφόρων φυτών με ανοχή στην ανοξία. Αρκετά φυτά από το Spitsbergen της Αρκτικής έχουν εξαιρετικά υψηλό επίπεδο αντοχής στην ανοξία. Αυτή η αντοχή αφορά σε ολόκληρο το φυτό συμπεριλαμβανομένων των φύλλων του. Η αντοχή στην ανοξία αυτών των ειδών της Αρκτικής φαίνεται πως είναι μια προσαρμογή των ειδών αυτών στις περιόδους στις οποίες καταψύχονται και οι όποιες μπορεί να διαρκέσουν 8 έως 10 μήνες. Η εκπληκτική αντοχή αυτών των φυτών στην ανοξία τα καθιστά πρωταρχικούς υποψήφιους για την αποίκιση στον Άρη.

 

Αναπαραγωγή χωρίς ζώα, σε χαμηλές συγκεντρώσεις οξυγόνου

Τα Ανθοφόρα φυτά έχουν διάφορους αναπαραγωγικούς μηχανισμούς που δεν απαιτούν ζώα – επικονιαστές (γονιμοποιητές). Αυτοί οι μηχανισμοί περιλαμβάνουν τη βλαστητική αναπαραγωγή (αγενή αναπαραγωγή), απόμιξη, αυτογαμία (αυτογονιμοποίηση), και ανεμογαμία (ανεμοφιλία). Στη βλαστητική αναπαραγωγή ορισμένα σωματικά (στα φυτά τα λέμε συνήθως βλαστητικά) κύτταρα διαιρούνται για να παραγάγουν δομές που καλούνται καταβολάδες, ριζώματα, ή φυτάρια. Οι καταβολάδες είναι υπέργειοι μίσχοι που εκφύονται από το πρωτογενές φυτό και δημιουργούν νέες ρίζες και φύλλα. Οι φραουλιές π.χ. διαδίδονται με καταβολάδες.

Τα ριζώματα είναι υπόγειοι μίσχοι που αποφύονται από το πρωτογενές φυτό. Η χλόη στους χορτοτάπητες αναπαράγονται με ριζώματα. Η τελευταία μέθοδος φυτικής αναπαραγωγής είναι λιγότερο γνωστή. Τα βολβίδια είναι μικρά φυτά που γεννώνται πάνω το γονεϊκό φυτό. Το φυτό Kalanchoae παράγει βολβίδια κατά μήκος των περιθωρίων των φύλλων του. Τα βολβίδια αποσπώνται, πέφτουν στο έδαφος και ριζώνουν στο έδαφος.

Η απόμιξη είναι ένας άφυλος σχηματισμός σπόρου, αλλά υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τύποι απόμιξης. Ο τύπος που είναι καταλληλότερος για τον αποικισμό του Άρη είναι η αποκαλούμενη αυτόνομη απόμιξη. Τα αυτόνομα παρθενογεννητικά φυτά αναπαράγονται χωρίς γονιμοποίηση.

Η γνωστή πικραλίδα των χορτοτάπητων (Taraxacum officinale) είναι ένα παράδειγμα ενός αυτόνομα παρθενογεννητικού ανθοφόρου φυτού. Η οικογένεια των ανθοφόρων φυτών Asteraceae, στην οποία ανήκουν οι μαργαρίτες, οι ηλίανθοι, και οι πικραλίδες, συμπεριλαμβάνουν πολλά αυτόνομα παρθενογεννητικά είδη και επομένως πολλούς πιθανούς «αποίκους» του Άρη.

Ένα αυτογαμικό φυτό αποκτά τη γύρη για τη γονιμοποίηση των γαμικών κυττάρων από τον εαυτό του. Η αυτογαμία είναι μια μορφή σεξουαλικής αναπαραγωγής κι είναι αρκετά συχνή στα ανθοφόρα φυτά.

Η ανεμοφιλία είναι κανονική σεξουαλική γονιμοποίηση με διασταύρωση. Σ' αυτήν η μεταφορά της γύρης γίνεται μέσω του ανέμου κι όχι ζώων. Επικονίαση μέσω ανέμου κυριαρχεί στα γυμνόσπερμα και στις οικογένειες αγγειοσπέρμων Poaceae (αγρωστώδη), Cyperaceae (πάπυροι), και Juncaceae (βούρλα).

Αυτές οι τρεις οικογένειες επικρατούν στους υγρότοπους της γης. Τα ανεμόφιλα φυτά, λοιπόν, αποτελούν την τέταρτη ομάδα πιθανών αποίκων του Άρη.

Αυτοί οι εναλλακτικοί μηχανισμοί αναπαραγωγής εμφανίζονται σε πολλές διαφορετικές ομάδες ανθοφόρων φυτών και σε πολλά περιβάλλοντα, αλλά τα ανθοφόρα φυτά των πόλων και των Άλπεων τους χρησιμοποιούν σε έναν πολύ μεγαλύτερο βαθμό. Σε αυτά τα σκληρά περιβάλλοντα, οι πληθυσμοί των ζώων – επικονιαστών είναι συχνά ιδιαίτερα περιορισμένοι λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών και το μέγεθος των πληθυσμών μπορεί να μεταβάλλεται σημαντικά από χρόνο σε χρόνο. Αφού τα ζώα - επικονιαστές είναι λιγοστά και πληθυσμιακά ασταθή, η αναπαραγωγή είναι πιο εξασφαλισμένη αν γίνεται μέσω κάποιου μηχανισμού που δεν εξαρτάται από αυτά.

Στη θαλάσσια Ανταρκτική η μέση θερμοκρασία τον θερμότερο μήνα είναι μόλις 0-2°C. Εκεί ευδοκιμούν μόνο δύο εγγενή είδη ανθοφόρων φυτών: η χλόη Deschampsia Ανταρκτική και το γαρίφαλο Colobanthus quitensis. Το Colobanthus είναι αυτογαμικό και Deschampsia είναι παρθενογεννητική.

Τα πολικά περιβάλλοντα της Γροιλανδίας και τα Καναδικά νησιά της Αρκτικής, όπως και τα απομονωμένα νησιά γύρω από την Ανταρκτική, είναι τα πρώτα πολικά περιβάλλοντα με σημαντικές κοινότητες ανθοφόρων φυτών. Σε αυτά η μέση θερμοκρασία του θερμότερου μήνα είναι 3° - 7°C. Το integrifolia Dryas έχει τις ρίζες που φιλοξενούν βακτηρίδια που ελευθερώνουν άζωτο. Το Flagellaris Saxifraga έχει κίτρινα παρθενογεννητικά λουλούδια, που παράγουν σπόρους φτιαγμένους για τη διασπορά σε μεγάλες αποστάσεις, και μακρείς δρομείς που μοιάζουν με κεραίες και τα βοηθούν να διαδίδονται τοπικά. Κατά τη διάρκεια του σταδίου των ανθοφόρων χορταριών, η συγκέ-ντρωση ατμοσφαιρικού οξυγόνου θα αυξάνεται και θα πρέπει να υπερβεί τα 60 mbar. Πέρα από αυτό το σημείο, η συγκέντρωση οξυγόνου δεν θα είναι πλέον σημαντικός περιορισμός για τον ερχομό των επόμενων οικοσυστημά-των στην οικοσύνθεση του Άρη. Οι εναπομείναντες περιορισμοί θα είναι οι ίδιοι με εκείνους που συναντούμε και στη γη, δηλαδή η θερμοκρασία και η υγρασία.

Το επόμενο στάδιο αρχίζει όταν το κλίμα κάποιων περιοχών της επιφάνειας του Άρη αρχίσει να μοιάζει σε αυτή ενός βόρειου οικοσυστήματος της γης.

  Δείτε τη συνέχεια: επόμενο
Ή μεταβείτε στην ενότητα: