Клеточный слой, покрывающий воздушные части верхних сосудистых растений, называется кутикулой. Кутикула действует как барьер и является эффективным детектором загрязнения окружающей среды. Изучение кутикул, и в частности хвойных систем, широко используется в качестве инструмента для анализа экологических и палеоэкологических характеристик.
Интересно отметить, что, несмотря на многочисленные исследования кутикул растений, почти не проводится никакой работы по изучению влияния вулканических газов на кутикулы растений. Кампания, с наличием многочисленных мест, характеризующихся выбросами газов вулканического происхождения, позволяет проводить исследования подобного рода. Цель этих исследований - помочь определить потенциал хвойных пород и ангиосферм (текущих и ископаемых) как экологических индикаторов, полезных для понимания изменений экологических параметров.
С этой целью проводились макроскопические и микроскопические наблюдения сосудистых растений с учетом влияния таких факторов окружающей среды, как вулканические аэрозоли, интенсивность света, наличие воды и соленость. В ходе исследования были взяты пробы из многочисленных областей и использовано оборудование, такое как: оптический микроскоп. Статистика использовалась для анализа микроморфологических характеристик.
Наблюдения, проведенные на современных растениях, позволили впервые изучить влияние вулканических газов на ультраструктуру кутикул хвойного хвойника Pinus halepensis. Наблюдения ТЭМ, проведенные на кутикулах P. halepensis под воздействием, а не вулканических газов, показали, что общая толщина CM (кутикула) + CW (первичная стенка) не претерпевает существенных изменений по толщине.
В частности, кутикула игл, пораженных вулканическими газами, показывает увеличение отложений оксалата кальция и перестройку фибрилл, расположенных параллельно поверхности. Наблюдения, проведенные на СЭМ и ТЭМ за текущими иглами P. halepensis, также позволили создать дихотомический ключ, позволяющий идентифицировать возможные изменения (из-за присутствия потенциально токсичных газов, таких как вулканические) даже в кутикулах под ископаемыми или ископаемыми соснами.
Наблюдения, сделанные в отношении E. arborea, позволили нам отметить, что общая толщина кутикул, "дезинфицированных и не дезинфицированных", является различной. Однако в присутствии вулканических газов внешний слой претерпевает значительное увеличение толщины. Последнее возрастает, когда концентрация углекислого газа в атмосфере высока, и не претерпевает существенных колебаний, когда количество газа на земле резко варьируется.
Это подтверждает, что кутикула является основным посредником в газообразных обменах между внутренней и внешней средой. Для обоих исследованных в настоящее время видов серы в кутикуле, клеточной стенке или цитоплазме не обнаружено. Это подтверждает гипотезу о том, что газовые обмены происходят главным образом через желудочно-кишечную систему и что избыток серы метаболизируется в листьях. Что касается макрозаимствований ископаемых растений, то изучались кутикулы, обнаруженные в меловом слое.
Листья, плоды и первичные стебли высших растений покрыты кутикулой (СМ), которая занимает внешнюю поверхность воздушных растений. На листьях кутикула присутствует как в адаксиальной, так и в абаксиальной поверхности. CM занимает наружные поверхности эпидермальных клеточных стенок и пропитывается внеклеточным матриксом. Кутикулу часто называют "кожей" первичных частей высших растений и имеют очень долгую историю в палеобиологическом масштабе времени.
За исключением ископаемой пыльцы и споров, кутикулы представляют собой наиболее распространенные неизмененные ископаемые остатки растений, известные от девонского до недавнего времени. По этой причине палеоботаники всегда играли важную роль в исследовании кутикул растений. Суставная мембрана представляет собой прозрачную пленку из полимерных липидов и растворимых восков. Кутикула обычно толще над антиклинальными эпидермальными клеточными стенками (CW), часто образуя колышки или спандры, проникая глубоко между антиклинальными стенками соседних эпидермальных клеток.
На большинстве растений КМ не структурно или химически однородны, а состоят из нескольких слоев, каждый из которых определяется своим положением и химическим составом. Как утверждали ученые, кутикула состоит из различных слоев, которые могут быть разделены на основе веществ (например, восков), встроенных в полимерную матрицу, и различных структурных признаков (например, ламелей и фибрилл).
Наружная поверхность кутикулы может быть покрыта эпикутикулярным воском, который придает ей водоотталкивающее действие. Суставной воск играет ключевую физиологическую и экологическую роль во взаимодействии между растениями и их абиотической и биотической средой соответственно. Кутикула выполняет многочисленные функции, такие как: контроль вентиляции; контроль потери и поглощения полярных растворов; контроль обмена газами и парами; контроль взаимодействия биотических веществ и так далее.
Однако основной функцией кутикулы является барьер проницаемости, препятствующий выпадению водяного пара из тканей. По этим и другим причинам кутикулу можно рассматривать как "внешний скелет", поскольку она представляет собой интерфейс между растением и атмосферой. Поскольку кутикула формирует взаимодействие между растениями и атмосферой, она является первой точкой контакта между растениями и загрязнителями воздуха и представляет собой эффективный барьер для проникновения загрязнителей.
В последние годы был достигнут значительный прогресс в изучении этой более внешней части растений и ее связи с внешней средой. Однако в области изучения взаимодействия растительных и вулканических газов было проведено мало исследований.
В частности, это исследование является пионером в изучении ультраструктуры кутикулы растений под воздействием вулканических газов, представляющих собой первую часть этой диссертации. Подобные исследования весьма желательны в регионе, где вулканические, а не вулканические выбросы газа дают большие возможности при анализе взаимодействия растений и вулканов.
Организмы прошлого, так же, как и настоящего, адаптировались к своей среде обитания. Распределение видов растений и животных, а также характеристики сообществ сильно зависят от климата. На самом деле, толстые кутикулы и затонувшие листья ископаемого также указывают на нехватку воды. Поэтому "способность" кутикулы регистрировать условия окружающей среды здесь используется в качестве "признака d" соединения" между первой (сохранившиеся растения) и второй (ископаемые растения) частицей в качестве детектора условий окружающей среды.
Для сохранившихся растений были изучены представители хвойных пород и ангиосферм, подвергшихся длительной фумигации токсичными вулканическими газами. В районе Pisciarelli является единственным хвойным деревом, растущим вблизи вентиляционного отверстия. В населенных пунктах Пишчарелли и Сольфатара E. arborea представляет собой единственный ксероморфный вид, способный расти в вулканическом шлейфе.