Desenvolvimento e biomecânica dos ramos buscadores de espécies de trepadeiras

Abstract

Resumo: Trepadeiras são plantas herbáceas ou lenhosas que apresentam adaptações morfológicas para escalar, enrolar ou fixar-se a suportes, permanecendo enraizadas no solo durante todo o ciclo de vida. Comumente presente em florestas tropicais e subtropicais, buscam alcançar o dossel em busca de maior luminosidade e desempenho ecológico, contribuindo significativamente para a diversidade e dinâmica das florestas. Além do próprio ramo, durante o processo de escalada, contam com diversos sistemas de fixação, como gavinhas, ganchos, espinhos e raízes adventícias. A presença de trepadeiras em diferentes famílias sugere que a habilidade de escalar foi uma inovação fundamental para explorar nichos ecológicos. Dentre as várias características deste grupo heterogêneo de plantas, destacam-se os ramos buscadores, ramos juvenis que tem como função principal localizar e ancorar-se a suportes, permitindo o crescimento vertical das espécies. O presente estudo teve por objetivo analisar as arquiteturas mecânicas dos ramos buscadores de espécies de trepadeiras, visando caracterizar a sua estrutura e propriedades mecânicas ao longo do desenvolvimento. Ramos buscadores autossustentáveis de nove espécies, pertencentes a oito famílias de Angiospermas, foram coletados em parques públicos na cidade de Curitiba, Paraná. Após a coleta, as amostras foram levadas ao laboratório para realização de testes mecânicos de flexão de 4-pontos, caracterização anatômica, mensuração da densidade caulinar e biomassa foliar. Entre as nove espécies analisadas, todas exibiram características mecânicas típicas de ramos buscadores autossustentáveis, com maior rigidez e resistência à flexão na base dos ramos, que aumentam do ápice à base. No entanto, observouse uma grande variação quanto aos valores do módulo de Young (E), resistência à flexão (EI), morfologia, anatomia, densidade e biomassa foliar. Algumas espécies apresentam estruturas mais leves, com ramos buscadores compostos predominantemente por tecidos primários, enquanto outras apresentam crescimento secundário precoce, com xilema secundário formado desde o ápice. A presença da medula como tecido espaçador é um dos componentes que afetam as mudanças nas propriedades mecânicas dos ramos juvenis ao longo do crescimento. O módulo de Young apresenta-se correlacionado positivamente à porcentagem de xilema secundário e negativamente à porcentagem de medula. A resistência a flexão está diretamente correlacionada ao aumento da área transversal do ramo buscador. Ressalta-se o potencial para estudos aplicados à biomimética, onde a diversidade de características anatômicas e estruturais oferece um leque variado de ideias para aplicações bioinspiradas.

Abstract: Climbers are herbaceous or woody plants that have morphological adaptations to climb, twine or attach themselves to supports, remaining rooted in the ground throughout their life cycle. Commonly found in tropical and subtropical forests, they seek to reach the canopy in search of greater luminosity and ecological performance, making a significant contribution to forest diversity and dynamics. In addition to the searcher shoot itself, during the climbing process they might rely on various attachment systems, such as tendrils, hooks, hairs and adventitious roots. The presence of climbers in different families suggests that the ability to climb was a fundamental innovation for exploring ecological niches. Among the various characteristics of this heterogeneous group of plants, the searcher shoots are particularly noteworthy - juvenile shoots whose main function is to locate and anchor themselves to supports, allowing the species to grow vertically. The aim of this study was to analyse the mechanical architecture of the searcher shoots of climbing species in order to characterise their structure and mechanical properties throughout development. Self-supporting searcher shoots of nine species, belonging to eight Angiosperm families, were collected in public parks in the city of Curitiba, Paraná. After the specimens collections, the samples were taken to the laboratory for mechanical 4- point bending tests, anatomical characterisation, measurement of shoot density and leaf biomass. All species exhibited mechanical characteristics typical of self-supporting shoots, with greater rigidity and resistance to bending at the base of the shoots, increasing from apex to bottom. However, there was great variation in Young's modulus (E), flexural rigidity (EI), morphology, anatomy, density and leaf biomass. Some species have lighter structures, with searcher shoots composed predominantly of primary tissues, while others show early secondary growth, with secondary xylem formed from the apex. The presence of the pith as a spacer tissue is one of the components that affect changes in the mechanical properties of juvenile shoots during growth. Young's modulus is positively correlated with the percentage of secondary xylem and negatively correlated with the percentage of pith. Flexural rigidity is directly correlated to the increase in searcher shoot cross-sectional area. The potential for studies applied to biomimicry is emphasised, where the diversity of anatomical and structural characteristics offers a wide range of ideas for bioinspired applications.