Biljke jesu kolonizirao ogromnu većinu Zemljine površine. Dakle, šta je ključ njihovog uspjeha?
Ljudi često misle o biljkama kao o jednostavnim, besmislenim oblicima života. Možda žive ukorijenjeni na jednom mjestu, ali što više naučnici saznaju o biljkama, složeniji i odgovorniji shvatamo da jesu. Odlično se prilagođavaju lokalnim uvjetima. Biljke su specijalisti, maksimalno iskorištavaju ono što je blizu mjesta gdje klijaju.
Učenje o zamršenosti biljnog života ipak je više od inspirativnog čuđenja kod ljudi. Proučavanje biljaka također znači da se uvjerite još uvijek možemo uzgajati usjeve u budućnosti jer klimatske promjene čine naše vrijeme sve ekstremnijim.
Signali iz okoline oblikuju rast i razvoj biljaka. Na primjer, mnoge biljke koriste dužina dana kao znak za pokretanje cvetanja. Skrivena polovina biljaka, korijenje, također koristi znakove iz svog okruženja kako bi osigurala da je njihov oblik optimiziran za hranu za vodu i hranjive tvari.
Korijeni štite svoje biljke od stresa kao što je suša prilagođavajući njihov oblik (grananje kako bi se povećao njihov površina, na primjer) da biste pronašli više vode. Ali donedavno nismo razumjeli kako korijenje osjeća da li je voda dostupna u okolnom tlu.
Voda je najvažniji molekul na Zemlji. Previše ili premalo može uništiti ekosistem. Razarajući uticaj klimatskih promena (kao što je nedavno viđen u Evropi i istočnoj Africi) ima češće su i poplave i suše. Od tada klimatska promjena is pravljenje obrazaca padavina sve više neredovni, učeći kako biljke reaguju na nedostatak vode je od vitalnog značaja za povećanje otpornosti useva.
Naš tim naučnika i matematičara biljaka i tla nedavno otkriveno kako korijenje biljaka prilagođavaju svoj oblik kako bi se maksimalno povećalo upijanje vode. Korijeni se obično granaju vodoravno. Ali oni zaustavljaju grananje kada izgube kontakt s vodom (kao što je rast kroz prazninu ispunjenu zrakom u tlu), a korijenje nastavlja grananje tek kada se ponovo poveže s vlažnom zemljom.
Naš tim je otkrio da biljke koriste sistem tzv hidrosignalizacija upravljati gdje se korijeni granaju kao odgovor dostupnost vode u tlu.
Hidrosignalizacija je način na koji biljke osjećaju gdje se nalazi voda, ne mjerenjem nivoa vlage direktno, već osjećajem drugih topivih molekula koji se kreću s vodom unutar biljaka. Ovo je moguće samo zato što (za razliku od životinjske ćelije) biljne ćelije su povezane jedna s drugom po malim porama.
Ove pore omogućavaju da se voda i mali rastvorljivi molekuli (uključujući hormone) kreću zajedno korijen ćelije i tkiva. Kada korijen biljke upije vodu, ona putuje kroz najudaljenije epidermalne stanice.
Spoljne ćelije korena takođe sadrže a hormon koji potiče grananje zvan auksin. Upijanje vode pokreće grananje mobilizacijom auksina prema unutra u tkivo korijena. Kada voda više nije dostupna spolja, recimo kada korijen raste kroz prazninu ispunjenu zrakom, vrh korijena i dalje treba vodu za rast.
Dakle, kada korijenje ne može uzeti vodu iz tla, mora se osloniti na vodu iz vlastitih vena duboko unutar korijena. Ovo mijenja smjer kretanja vode, čineći je da se sada pomiče prema van, što ometa protok granajućeg hormona auksina.
Biljka takođe proizvodi hormon protiv grananja koji se zove ABA u njenim korijenskim žilama. ABA se kreće i sa protokom vode, u suprotnom smjeru od auksina. Dakle, kada korijenje povlači vodu iz vena biljaka, korijenje također privlači hormon protiv grananja prema sebi.
ABA zaustavlja grananje korijena zatvaranjem svih malih pora koje povezuju korijenske ćelije – pomalo kao udarna vrata na brodu. Ovo zatvara ćelije korijena jedne od drugih i zaustavlja auksin da se slobodno kreće s vodom, blokirajući grananje korijena. Ovaj jednostavan sistem omogućava korijenu biljaka da fino prilagodi svoj oblik lokalnim uvjetima vode. To je zvano xerobranching (izgovara se zerobranching).
Naša studija je također otkrila da korijenje biljke koristi sličan sistem za smanjenje gubitka vode kao i njeni izdanci. Listovi zaustavljaju gubitak vode u uslovima suše zatvaranjem mikro-pora zvanih stomati na njihovim površinama. Zatvaranje stomata takođe izaziva ABA hormon. Slično, u korijenima se smanjuje ABA gubitak vode zatvaranjem nano-pora zvanih plazmodesmate koje povezuju svaku ćeliju korijena zajedno.
Korijen paradajza, thale kresa, kukuruza, pšenice i ječma na ovaj način reagiraju na vlagu, uprkos tome što se razvijaju u različitim tlima i klimatskim uvjetima. Na primjer, paradajz potiče iz južnoameričke pustinje, dok thale cress dolazi iz umjerenih regija srednje Azije. Ovo sugerira da je kserogrančenje uobičajena osobina cvjetnica, koje su preko 200 miliona godina mlađe od necvjetnih biljaka poput paprati.
Korijeni paprati, rano evoluirajuće kopnene biljne vrste, ne reaguju na vodu na ovaj način. Njihovo korijenje raste ujednačenije. To sugerira da se vrste koje cvjetaju bolje prilagođavaju voda stres nego ranije kopnene biljke kao što su paprati.
Cvjetnice mogu kolonizirati širi spektar ekosistema i okruženja od necvjetajućih vrsta. S obzirom na brze promjene u obrascima padavina širom svijeta, sposobnost bilje osjetiti i prilagoditi se širokom spektru uslova vlažnosti tla sada je važnije nego ikad.