Arquitetura da Planta

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Arquitetura da Planta 
explorando a funcionalidade e a forma
A estrutura de uma planta é semelhante ao desta estufa. Cada peça individual tem muito pouca capacidade de resistir a uma determinada força de torção, dobra ou compressão. No entanto, quando montada, é autos-suficiente. A resposta encontra-se na arquitetura e engenharia.
The Palm House, Kew Gardens, Richmond
Crédito da foto: Prof D Cutler, RGB Kew
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The Palm House, Kew Gardens 
Novembro, 2002
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What architecture?
What are the contributing components?
How do these components interact?
shape
architectural contributors
Este pinheiro, perto do Kew Pagoda, sintetiza as características que ocorrem em uma estrutura forte. 
A madeira, por exemplo, composta por traqueídos e fibras, permite a formação de uma forma graciosa de copa.
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O que é arquitetura?
O que contribui para uma arquitetura bem-sucedida?
Como esses componentes interagem?
formato
LIGNINA
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Caules
No caule, a arquitetura contribui para o desenho e interação dos componentes que aumentam a capacidade de suportar o estresse e tensão, com o mínimo dispêndio de energia na biossíntese de lignina, espessamento ou estruturas de suporte.
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Arquitetura eficiente
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Arquitetura da folha
Na folha, a arquitetura contribui para um desenho no qual os componentes interagem, reforçando assim a capacidade da folha (e talvez também do caule, como se fosse uma monocotiledônea) para suportar o estresse e tensão, com o envolvimento mínimo da biossíntese de lignina ou a formação de outras estruturas de apoio espessadas.
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Custos de investimentos elevados
fibras
traqueídos
turgor
vasos
vigas
Esta folha Chania é um exemplo de um enorme investimento em estruturas de apoio - "W" - em formato de vigas de apoio, separando os tecidos fotossintéticos, que se encontram nesta estrutura fortemente sulcada.
forma
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Investimento em raízes
A arquitetura pode ser influenciada pela necessidade de um transporte eficiente e sistemas de translocação. Nesse sentido, as raízes mais maduras formam estruturas maciças, ancorando e apoiando a massa das partes aéreas acima do solo. Geralmente, a massa e a forma abaixo do solo imitam a copa acima do solo em relação à forma e distribuição.
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Estrutura da raiz
Esta secção transversal da raiz de Vicia faba tipifica a estrutura de uma raiz em desenvolvimento de dicotiledôneas. Existe muito pouco tecido mecânico presente nesta raiz jovem - os tecidos lignificados estão apenas associados com o núcleo vascular.
 Por quê?
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Forma e estrutura
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Estrutura composta – algumas considerações
O que acontece com o formato e seu efeito sobre a força?
Qual o papel da orientação?
Compressão e tensão – quais destas estruturas é efetiva? 
?
?
?
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Formatos úteis. Tubos, cilindros ocos, pentágonos, hexágonos e combinações destes
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Coleção e suporte
Muitas folhas têm uma estrutura encurvada, que muitas vezes conduz até o pecíolo, produzindo uma estrutura similar a uma calha, que é também uma forma barata de criar linhas de apoio. Pergunta: O que mais poderia estar envolvido no suporte mecânico?
formato
turgor
fibras
Prunus amygdalus pecíolo, calha
© D Cutler RBG Kew
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Curvatura, calha
A curvatura do tecido vascular acrescenta força adicional à estrutura geral, como visto nesta secção transversal de Greyia sutherlandii. Este é um sistema de apoio minimalista. 
O que mais poderia estar envolvido no apoio mecânico?
forma
turgor
fibras
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Formato
formato
turgor
A triangulação resulta em uma estrutura bastante forte, que por sua vez exige a biossíntese de lignina, que é pouco cara. Esta folha também é extremamente desagradável, já que tem alto teor de tanino. Os contribuintes são não mecânicos:
Oscularia deltoidea
© D Cutler RBG Kew
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Triangulação nas folhas
© D Cutler RBG Kew
Esta folha contém bolsões de mesófilo, encaixados entre as faixas espessas de esclerênquima e um núcleo central parenquimatoso translúcido (pode ser uma área de armazenamento de água?).
Xanthorrhhoea australis folha CT
formato
turgor
fibras
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Desenvolvimento de tubos ocos
O núcleo se torna oco – ganho de força maciça
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Formato versus força
Adicionar reforços aos vértices deste tubo quadrado (usando colênquima ou esclerênquima) resulta em uma estrutura flexível e leve, ainda que rígida.
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Formato versus força
Caules angulares não são necessariamente muito fortes. Em Polygonium officinale, a força do caule se deve à sua angularidade. Mas a falta de tecidos mecânicos significa baixa força de corte (baixa resistência às forças laterais).
© D Cutler RBG Kew
Polygonium officinale
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Auxílio aos vértices maciços
Grandes regiões do tecido mecânico, juntamente com grandes feixes vasculares nos vértices do caule, e um centro oco significam aumento da força com os custos de construção relativamente baixos.
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Estrutura estelar - corrugada 
Superfície corrugada
Xilema - forma o reforço tubular
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Estrutura estelar – anéis no interior de anéis, além disso, corrugados
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Estrutura estelar – camadas e ondulação 
A alternância de tecido de suporte mecânico com uma banda de xilema cria um forte efeito de “ondulação”.
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Cilindro oco, rígido e a aeração.
Juncus maritimus
© D Cutler RGB Kew
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Feixes
composto
simples
Leptocarpus simplex
Anarthria scabrida
Feixes “I” coligados transferem estresse lateral e verticalmente, proporcionando alta resistência ao corte.
© D Cutler RBG Kew
© D Cutler RBG Kew
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Reforços dos orifícios e blindagem
Muitas espécies evoluíram fitas de fibras orientadas verticalmente, como agentes de reforço longitudinal, bem como para resistir ao colapso das folhas, durante a flexão por torção. Os esclereídes separam as células do mesófilo, verticalmente orientadas neste exemplo. Note que a epiderme também é bastante lignificada.
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Suportes da medula
Hypodisus striatus – colmo, vigas
© D Cutler RGB Kew
Leptocarpus simplex, colmo, suportes da medula
© D Cutler RGB Kew
Prevenção da compressão
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Auxiliando as plantas a respirar #1
Os diafragmas evoluíram em muitas espécies, que podem ser parcialmente lignificadas. Neste exemplo, as células parenquimáticas devem ter puxado para além dos cantos, (através da separação schyzogenous) para deixar um grande número de pequenos espaços de ar interconectados.
Pontedaria diagrama do pedicelo
© D Cutler RGB Kew
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Auxiliando as plantas a respirar #2
Zinia latifolia diafragma do caule, lignificado
© D Cutler RGB Kew
Os diafragmas do caule evoluíram como armadilhas de bolhas muito efetivas, melhorando assim a flutuação em hidrófitas, e/ou a troca de CO2 em mesófitas compostas de células organizadas e parenquimáticas modificadas, chamadas de parênquima estrelado (também um bom exemplo em folhas de Canna).
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Nem muito quadrado... Côncavo, convexo
Vigas cruzadas em 'X' conferem alta resistência à compressão interna nos vértices. Esta forma de “dreno” modificado baseia-se principalmente na forma e não nos tecidos mecânicos para mantê-lo ereto. 
O que mais é necessário aqui?
turgor
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Côncavo-convexo #2
Como no exemplo anterior, esta secção transversal de um caule de Stapelia tem uma estrutura profundamente côncava-convexa, o que irá aumentar significativamente a capacidade de suporte mecânico deste caule simples e relativamente não diferenciado. 
O que mais é necessário para maximizar a capacidade de suporte?
turgor
Stapelia sp, caule
© D Cutler, RGB Kew
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Epiderme de monocotiledôneas, objeto duro!
A epiderme nas folhas de monocotiledôneas é composta de células longas e curtas, sendo paralela ao sistema de nervuras. 
Os corpos de sílica podem ser vistos nas células da epiderme de uma nervura. 
Esta é uma estrutura resistente.
Epiderme foliar Molinia sp
© D Cutler, RGB Kew
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Seja qual for o caso…..
E qualquer que seja
ele, xilema ou esclerênquima, colênquima ou parênquima, as plantas possuem um certo grau de resistência mecânica, que é determinado, direcionado e relacionado com o ambiente no qual elas existem.
Ele é sua expressão da resistência mecânica que determina o seu nicho.
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fim
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Cada um dos exemplares do Palm House de Kew representa exemplos de complexidade estrutural com forma complexa. Inúmeros tipos de samambaias arbóreas são intercaladas com espécies arbóreas de gimnospermas e florestas abaixo da copa das plantas.
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Este pinheiro, que está crescendo perto da Pagoda, sintetiza as características que mostram uma forte estrutura. 
A madeira, composta por traqueídos e fibras, permite a formação de uma forma graciosa de copa. As perguntas que ainda devem surgir tratam sobre como essa estrutura maciça pode se sustentar. Que tipos de tecidos de suporte mecânico devem estar presentes para apoiar esta planta e evitar que os estresses mecânicos diários acabem simplesmente rasgando-a? Quão forte deve ser essa planta para suportar o dano de uma tempestade? Evidentemente, as respostas a essas questões não são simples.
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Ao longo desta conversa, enfatizamos a inter-relação entre o formato e conteúdo, e o papel importante que a evolução da lignina desempenhou na evolução de árvores altas.
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O "W“ de cabeça para baixo ligado conforme "wwwwww" cria um sistema muito forte, como um papelão ondulado – ela tem força longitudinal e resistência em um momento de flexão lateral, permitindo um efeito de enrolar.
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apoio no solo em sistemas mal-lignificados não são problemáticas, desde que a parte aérea seja apoiado por um caule apropriado. O sistema radicular será extenso e suave apenas próximo ao ápice, uma vez que a raiz irá se espelhar em certa medida, ao nível dos tecidos de suporte mecânico que são formados.
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