Planta acuática

La flor de Nymphaea alba, una especie de lirio de agua

Bud of Nelumbo nuciferaUna planta acuática.

Las plantas acuáticas son plantas que se han adaptado a vivir en ambientes acuáticos (de agua salada o de agua dulce). También se denominan hidrófitas o macrófitas para distinguirlas de las algas y otras microfitas. Una macrófita es una planta que crece en o cerca del agua y es emergente, sumergible o flotante. En los lagos y ríos, las macrófitas brindan cobertura a los peces, sustrato para los invertebrados acuáticos, producen oxígeno y actúan como alimento para algunos peces y la vida silvestre.

Los macrófitos son productores primarios y son la base de la cadena alimentaria de muchos organismos. Tienen un efecto significativo en la química del suelo y los niveles de luz, ya que ralentizan el flujo de agua y capturan contaminantes y atrapan sedimentos. El exceso de sedimento se asentará en el bentos ayudado por la reducción de las tasas de flujo causada por la presencia de tallos, hojas y raíces de plantas. Algunas plantas tienen la capacidad de absorber contaminantes en sus tejidos. Las algas marinas son algas marinas multicelulares y, aunque su impacto ecológico es similar al de otras plantas acuáticas más grandes, normalmente no se las denomina macrófitas.

Las plantas acuáticas requieren adaptaciones especiales para vivir sumergidas en el agua o en la superficie del agua. La adaptación más común es la presencia de células de empaquetamiento interno liviano, aerénquima, pero también son comunes las hojas flotantes y las hojas finamente diseccionadas. Las plantas acuáticas solo pueden crecer en agua o en un suelo frecuentemente saturado de agua. Por lo tanto, son un componente común de los humedales. Una de las plantas acuáticas más grandes del mundo es el nenúfar del Amazonas; uno de los más pequeños es la diminuta lenteja de agua. Muchos pequeños animales acuáticos usan plantas como la lenteja de agua como hogar o para protegerse de los depredadores. Algunos otros ejemplos familiares de plantas acuáticas incluyen el corazón flotante, el lirio de agua, el loto y el jacinto de agua.

Históricamente, las plantas acuáticas han sido menos estudiadas que las plantas terrestres.

Distribución

El principal factor que controla la distribución de las plantas acuáticas es la disponibilidad de agua. Sin embargo, otros factores también pueden controlar su distribución, incluida la disponibilidad de nutrientes, la perturbación de las olas, el pastoreo y la salinidad. Algunas plantas acuáticas pueden prosperar en agua salobre, salina y salada.

Evolución

Las plantas acuáticas se han adaptado para vivir en agua dulce o salada. Las plantas vasculares acuáticas se han originado en múltiples ocasiones en diferentes familias de plantas; pueden ser helechos o angiospermas (incluyendo monocotiledóneas y dicotiledóneas). Las únicas angiospermas capaces de crecer completamente sumergidas en agua de mar son las fanerógamas marinas. Se encuentran ejemplos en géneros como Thalassia y Zostera. El origen acuático de las angiospermas está respaldado por la evidencia de que varias de las primeras angiospermas fósiles conocidas eran acuáticas. Las plantas acuáticas están bien dispersas filogenéticamente entre las angiospermas, con al menos 50 orígenes independientes, aunque comprenden menos del 2% de las especies de angiospermas. Archaefructus representa uno de los fósiles de angiospermas más antiguos y completos, que tiene alrededor de 125 millones de años. Estas plantas requieren adaptaciones especiales para vivir sumergidas en agua o flotando en la superficie.

Adaptación acuática

Reproducción

Aunque la mayoría de las angiospermas acuáticas pueden reproducirse mediante la floración y el establecimiento de semillas, muchas también han evolucionado para tener una reproducción asexual extensa por medio de rizomas, turiones y fragmentos en general.

Fotosíntesis

Las plantas acuáticas sumergidas tienen un acceso más restringido al carbono como dióxido de carbono en comparación con las plantas terrestres. También pueden experimentar niveles reducidos de luz. Las capas límite difusas (DBL) alrededor de hojas sumergidas y tallos fotosintéticos. Las plantas acuáticas tienen DBL que varían según las hojas. espesor, forma y densidad y son el factor principal responsable de la tasa muy reducida de transporte gaseoso a través del límite hoja/agua y, por lo tanto, inhiben en gran medida el transporte de dióxido de carbono. Para superar esta limitación, muchas plantas acuáticas han evolucionado para metabolizar iones de bicarbonato como fuente de carbono.

Las variables ambientales afectan las tasas fotosintéticas instantáneas de las plantas acuáticas y los pigmentos de las enzimas fotosintéticas. En el agua, la intensidad de la luz disminuye rápidamente con la profundidad. La respiración también es mayor en la oscuridad por unidad de volumen del medio en el que viven.

Morfología

Las plantas acuáticas completamente sumergidas tienen poca necesidad de tejido rígido o leñoso, ya que son capaces de mantener su posición en el agua utilizando la flotabilidad, por lo general, de lagunas llenas de gas o células de Aerenchyma turgentes. Cuando se sacan del agua, estas plantas suelen estar blandas y pierden la turgencia rápidamente.

Aquellos que viven en los ríos, sin embargo, necesitan suficiente xilema estructural para evitar ser dañados por el agua que fluye rápidamente y también necesitan fuertes mecanismos de unión para evitar ser arrancados por el flujo del río.

Muchas plantas completamente sumergidas tienen hojas finamente diseccionadas, probablemente para reducir el arrastre en los ríos y proporcionar un área de superficie mucho mayor para el intercambio de minerales y gases. Algunas especies de plantas como Ranunculus aquatilis tienen dos formas de hojas diferentes con hojas finamente diseccionadas que están completamente sumergidas y hojas enteras en la superficie del agua.

Algunas plantas de aguas tranquilas pueden alterar su posición en la columna de agua en diferentes estaciones. Un ejemplo notable es el Soldado de agua, que descansa como una roseta sin raíces en el fondo del cuerpo de agua, pero flota lentamente hacia la superficie a fines de la primavera para que su inflorescencia pueda emerger en el aire. Mientras asciende por la columna de agua produce raíces y plantas hijas vegetativas por medio de rizomas. Cuando se completa la floración, la planta desciende a través de la columna de agua y las raíces se atrofian.

En las angiospermas acuáticas flotantes, las hojas han evolucionado para tener solo estomas en la superficie superior para hacer uso del dióxido de carbono atmosférico. El intercambio de gases ocurre principalmente a través de la superficie superior de la hoja debido a la posición de los estomas, y los estomas están en un estado permanentemente abierto. Debido a su entorno acuático, las plantas no corren el riesgo de perder agua a través de los estomas y, por lo tanto, no enfrentan riesgo de deshidratación. Para la fijación de carbono, algunas angiospermas acuáticas pueden absorber CO₂ del bicarbonato en el agua, una característica que no existe en las plantas terrestres. Angiospermas que usan HCO
₃- puede mantener CO₂ niveles satisfactorios, incluso en ambientes básicos con bajos niveles de carbono.

Flotabilidad

Debido a su entorno, las plantas acuáticas experimentan flotabilidad que contrarresta su peso. Debido a esto, su cubierta celular es mucho más flexible y suave, debido a la falta de presión que experimentan las plantas terrestres. También se sabe que las algas verdes tienen paredes celulares extremadamente delgadas debido a su entorno acuático, y la investigación ha demostrado que las algas verdes son el ancestro más cercano a las plantas terrestres y acuáticas vivas. Las plantas terrestres tienen paredes celulares rígidas diseñadas para resistir las inclemencias del tiempo, además de mantener la planta en posición vertical mientras resiste la gravedad. El gravitropismo, junto con el fototropismo y el hidrotropismo, son rasgos que se cree que evolucionaron durante la transición de un hábitat acuático a uno terrestre. Las plantas terrestres ya no tenían acceso ilimitado al agua y tuvieron que evolucionar para buscar nutrientes en su nuevo entorno y desarrollar células con nuevas funciones sensoriales, como los estatocitos.

Plantas terrestres en ambientes acuáticos

Las plantas terrestres pueden sufrir cambios fisiológicos cuando se sumergen debido a una inundación. Cuando se sumerge, se ha descubierto que el crecimiento de hojas nuevas tiene hojas más delgadas y paredes celulares más delgadas que las hojas de la planta que creció sobre el agua, junto con niveles de oxígeno más altos en la parte de la planta que creció bajo el agua en comparación con las secciones que crecieron en su entorno terrestre. Esto se considera una forma de plasticidad fenotípica ya que la planta, una vez sumergida, experimenta cambios en la morfología que se adaptan mejor a su nuevo entorno acuático. Sin embargo, aunque algunas plantas terrestres pueden adaptarse a corto plazo a un hábitat acuático, puede que no sea posible reproducirse bajo el agua, especialmente si la planta generalmente depende de los polinizadores terrestres.

Clasificación de macrófitos

Según su forma de crecimiento, los macrófitos se pueden caracterizar como:

• Emergente
• Sumergido
  • Rooted: rooted to the substrate
  • Desarraigado: libre flotante en la columna de agua
  • Acoplado: apegado al sustrato pero no por raíces
• Flotante
• Flotación gratuita

Emergente

Una planta emergente es aquella que crece en el agua pero perfora la superficie de modo que queda parcialmente expuesta al aire. Colectivamente, tales plantas son vegetación emergente.

Este hábito puede haberse desarrollado porque las hojas pueden realizar la fotosíntesis de manera más eficiente en el aire y competir con las plantas sumergidas, pero a menudo, la principal característica aérea es la flor y el proceso reproductivo relacionado. El hábito emergente permite la polinización por el viento o por insectos voladores.

Hay muchas especies de plantas emergentes, entre ellas, el carrizo (Phragmites), Cyperus papiro, especies Typha, junco florido y especies de arroz salvaje. Algunas especies, como la salicaria morada, pueden crecer en el agua como plantas emergentes, pero son capaces de florecer en pantanos o simplemente en suelo húmedo.

Sumergida

Las macrófitas sumergidas crecen completamente bajo el agua con raíces adheridas al sustrato (p. ej., Myriophyllum spicatum) o sin ningún sistema de raíces (p. ej., Ceratophyllum demersum). Las helófitas son plantas que crecen parcialmente sumergidas en marismas y vuelven a crecer a partir de brotes debajo de la superficie del agua. Los rodales de vegetación alta que bordean las cuencas de agua y los ríos pueden incluir helófitos. Los ejemplos incluyen rodales de Equisetum fluviatile, Glyceria maxima, Hippuris vulgaris, Sagittaria, Carex, Schoenoplectus, Sparganium, Acorus, bandera amarilla (Iris pseudacorus), Typha y Phragmites australis.

Hojas flotantes

Los macrófitos de hojas flotantes tienen sistemas de raíces adheridos al sustrato o al fondo de la masa de agua y con hojas que flotan en la superficie del agua. Los macrófitos de hojas flotantes comunes son los nenúfares (familia Nymphaeaceae), las algas (familia Potamogetonaceae).

Flotación libre

Las macrófitas que flotan libremente se encuentran suspendidas en la superficie del agua con su raíz no adherida al sustrato, sedimento o fondo del cuerpo de agua. Son fácilmente arrastrados por el aire y proporcionan caldo de cultivo para los mosquitos. El ejemplo incluye Pistia spp. comúnmente llamada lechuga de agua, col de agua o col del Nilo.

Clasificación morfológica

Las muchas clasificaciones posibles de las plantas acuáticas se basan en la morfología. Un ejemplo tiene seis grupos de la siguiente manera:

• Amphiphytes: plantas que se adaptan para vivir sumergidas o en tierra
• Elodeides: plantas de tallo que completan todo su ciclo de vida sumergido, o con sólo sus flores sobre la línea de agua
• Isoetidas: plantas de roseta que completan todo su ciclo de vida sumergido
• Helofitas: plantas arraigadas en el fondo, pero con hojas por encima de la línea de agua
• Nymphaeids: plantas arraigadas en la parte inferior, pero con hojas flotando en la superficie del agua
• Neuston: plantas vasculares que flotan libremente en el agua

Muchas hepáticas crecen bien sumergidas o en tierra.

Ceratophyllum submersum, una planta libre que crece completamente sumergida

Eriocaulon aquaticum, un ejemplo isoetide, crece sumergido en agua.

Pistia stratiotes, un ejemplo de un neuston, una planta que flota libremente en la superficie del agua

Lysichiton americanus crece arraigado en el fondo con hojas y flores sobre la línea de agua.

Los lirios de agua crecen arraigados en la parte inferior con hojas que flotan en la superficie del agua.

Funciones de los macrófitos en los sistemas acuáticos

Los macrófitos realizan muchas funciones ecosistémicas en los ecosistemas acuáticos y brindan servicios a la sociedad humana. Una de las funciones importantes que realizan los macrófitos es la absorción de nutrientes disueltos, incluidos el nitrógeno y el fósforo. Los macrófitos se utilizan ampliamente en humedales construidos en todo el mundo para eliminar el exceso de N y P del agua contaminada. Además de la absorción directa de nutrientes, los macrófitos influyen indirectamente en el ciclo de nutrientes, especialmente en el ciclo del N, al influir en los grupos funcionales bacterianos desnitrificantes que habitan en las raíces y brotes de los macrófitos. Los macrófitos promueven la sedimentación de sólidos en suspensión al reducir las velocidades de las corrientes, impiden la erosión al estabilizar la superficie del suelo. Los macrófitos también proporcionan heterogeneidad espacial en una columna de agua que de otro modo no estaría estructurada. La complejidad del hábitat proporcionado por los macrófitos tiende a aumentar la diversidad y densidad tanto de peces como de invertebrados.

Los macrófitos adicionales específicos del sitio' proporciona un hábitat para la vida silvestre y hace que los sistemas de tratamiento de aguas residuales sean estéticamente satisfactorios.

Usos e importancia para los humanos

Cultivos alimenticios

Producción mundial de acuicultura de peces alimentarios y plantas acuáticas, 1990–2016

Algunas plantas acuáticas son utilizadas por los humanos como fuente de alimento. Los ejemplos incluyen el arroz silvestre (Zizania), el abrojo de agua (Trapa natans), la castaña de agua china (Eleocharis dulcis), el loto indio ( Nelumbo nucifera), espinacas de agua (Ipomoea aquatica) y berros (Rorippa nasturtium-aquaticum).

Bioevaluación

Una disminución en una comunidad de macrófitos puede indicar problemas de calidad del agua y cambios en el estado ecológico de la masa de agua. Dichos problemas pueden ser el resultado de una turbidez excesiva, herbicidas o salinización. Por el contrario, los niveles de nutrientes demasiado altos pueden crear una sobreabundancia de macrófitos, lo que a su vez puede interferir con el procesamiento del lago. Los niveles de macrófitos son fáciles de muestrear, no requieren análisis de laboratorio y se usan fácilmente para calcular métricas de abundancia simples.

Fuentes potenciales de agentes terapéuticos

Investigaciones fitoquímicas y farmacológicas sugieren que los macrófitos de agua dulce, como Centella asiatica, Nelumbo nucifera, Nasturtium officinale, Ipomoea aquatica y Ludwigia adscendens, son fuentes prometedoras de productos naturales anticancerígenos y antioxidantes.

Se descubrió que los extractos de agua caliente del tallo y la raíz de Ludwigia adscendens, así como los del fruto, la hoja y el tallo de Monochoria hastata tienen actividad inhibidora de la lipoxigenasa. El extracto de agua caliente preparado a partir de la hoja de Ludwigia adscendens muestra una actividad inhibidora de la alfa-glucosidasa más potente que la de la acarbosa.

Tratamiento de aguas residuales

Los macrófitos tienen un papel esencial en algunas formas de tratamiento de aguas residuales, más comúnmente en el tratamiento de aguas residuales a pequeña escala utilizando humedales construidos o en lagunas de pulido para proyectos más grandes.

Plantas acuáticas invasoras

La introducción de plantas acuáticas no nativas ha resultado en numerosos ejemplos en todo el mundo de tales plantas que se vuelven invasoras y con frecuencia dominan los entornos en los que se han introducido. Tales especies incluyen el jacinto de agua, que es invasivo en muchos lugares tropicales y subtropicales, incluida gran parte del sur de los EE. UU., muchos países asiáticos y Australia. El cultivo de piedra de Nueva Zelanda es una planta altamente invasiva en climas templados que se extiende desde una planta marginal hasta abarcar todo el cuerpo de muchos estanques hasta la exclusión casi total de otras plantas y vida silvestre.

Otras especies de plantas invasoras notables incluyen la centella china flotante, la alga de hoja rizada, el helecho aliado, el helecho acuático y la pluma de loro. Muchas de estas plantas invasoras se han vendido como plantas oxigenantes para acuarios o plantas decorativas para estanques de jardín y luego se han desechado en el medio ambiente.

En 2012, una revisión exhaustiva de plantas acuáticas exóticas en 46 países europeos encontró 96 especies acuáticas exóticas. Los extraterrestres eran principalmente nativos de América del Norte, Asia y América del Sur. La planta exótica más extendida en Europa fue Elodea canadensis (Encontrada en 41 países europeos) seguida de Azolla filiculoides en 25 países y Vallisneria spiralis en 22 países.

Los países con más especies de plantas acuáticas exóticas registradas fueron Francia e Italia con 30 especies, seguidos de Alemania con 27 especies, y Bélgica y Hungría con 26 especies.

La Organización Europea y Mediterránea de Protección de Plantas ha publicado recomendaciones para las naciones europeas que abogan por la restricción o prohibición del comercio de plantas exóticas invasoras.