Anatomia do caule de passiflora : arquitetura mecânica e a diversidade de hábitos no gênero

Abstract

Resumo: A presente dissertação investiga as modificações anatômicas e estratégias biomecânicas dos caules no gênero Passiflora, relacionando a transição de hábito (lenhoso para o herbáceo) e variações de geometria seccional com o desempenho estrutural. No Capítulo 1, foram examinadas características anatômicas (proporção de xilema secundário, esclerênquima, presença de periderme/epiderme e morfologia seccional) em várias espécies pertencentes aos subgêneros de Passiflora: Astrophea, Decaloba, Deidamioides e Passiflora, com ênfase no subgênero basal Astrophea, para avaliar como o investimento em tecidos lignificados acompanha a mudança de hábito. No Capítulo 2, realizou-se uma análise biomecânica ontogenética em quatro espécies de trepadeiras pertencentes ao subgênero Passiflora (P. actinia, P. alata, P. caerulea, P. edulis), combinando ensaios de flexão (quatro pontos) ao longo do eixo caulinar (ápice, meio e base) com quantificação anatômica da contribuição tecidual ao segundo momento de área (I), à rigidez estrutural (EI) e ao módulo de elasticidade (E). Os resultados indicam que a principal diferença entre hábitos não reside nas dimensões dos vasos, mas no investimento em tecidos de suporte: espécies de Astrophea apresentam elevado percentual de xilema secundário, maior quantidade de esclerênquima e formação de periderme, enquanto que as formas herbáceas exibem uma construção mais leve com epiderme persistente. Do ponto de vista mecânico, todas as espécies aumentam I e EI do ápice à base, porém estratégias distintas emergem: P. alata e P. caerulea alcançam alta rigidez pela geometria periférica combinada ao acréscimo de fibras/xilema na base; P. actinia e P. edulis mantêm maior flexibilidade e menor rigidez relativa, compatíveis com dependência de suportes externos. Conclui-se que variações anatômicas e geométricas atuam de forma integrada para modular trade-offs entre rigidez e flexibilidade em espécies de Passiflora subgen. Passiflora, com implicações ecológicas e potencial para aplicações biomiméticas em projetos de estruturas leves adaptativas

Abstract: The present dissertation investigates the anatomical modifications and biomechanical strategies of stems in the genus Passiflora, relating the habit transition (from woody to herbaceous) and sectional geometry variations to structural performance. In Chapter 1, anatomical characteristics (proportion of secondary xylem, sclerenchyma, presence of periderm/epidermis, and sectional morphology) were examined in various species belonging to the genus Passiflora: Astrophea, Decaloba, Deidamioides and Astrophea, with emphasis on the basal subgenus Astrophea, to evaluate how investment in lignified tissues accompanies the change in habit. In Chapter 2, an ontogenetic biomechanical analysis was conducted on four vine species belonging to the subgenus Passiflora (P. actinia, P. alata, P. caerulea, P. edulis), combining four-point bending tests along the stem axis (apex, middle, and base) with anatomical quantification of tissue contribution to the second moment of area (I), structural rigidity (EI), and modulus of elasticity (E). The results indicate that the main difference between habits does not lie in vessel dimensions, but in investment in support tissues: Astrophea species exhibit a high percentage of secondary xylem, greater amount of sclerenchyma, and periderm formation, while herbaceous forms display a lighter construction with persistent epidermis. From a mechanical perspective, all species increase I and EI from apex to base, but distinct strategies emerge: P. alata and P. caerulea achieve high rigidity through peripheral geometry combined with increased fibers/xylem at the base; P. actinia and P. edulis maintain greater flexibility and lower relative rigidity, compatible with dependence on external supports. It is concluded that anatomical and geometric variations act in an integrated manner to modulate trade offs between rigidity and flexibility in species of Passiflora subgen. Passiflora, with ecological implications and potential for biomimetic applications in designs of lightweight adaptive structures