Τα φυτά έχουν αποίκισε τη συντριπτική πλειοψηφία της επιφάνειας της Γης. Ποιο είναι λοιπόν το κλειδί της επιτυχίας τους;
Οι άνθρωποι συχνά σκέφτονται τα φυτά ως απλές, παράλογες μορφές ζωής. Μπορεί να ζουν ριζωμένα σε ένα μέρος, αλλά όσο περισσότερο οι επιστήμονες μαθαίνουν για τα φυτά, τόσο πιο πολύπλοκο και ανταποκρινόμενο συνειδητοποιούμε ότι είναι. Προσαρμόζονται εξαιρετικά στις τοπικές συνθήκες. Τα φυτά είναι ειδικοί, αξιοποιώντας στο έπακρο αυτό που βρίσκεται κοντά στο σημείο όπου φυτρώνουν.
Ωστόσο, η εκμάθηση για τις περιπλοκές της ζωής των φυτών είναι κάτι περισσότερο από θαυμασμό στους ανθρώπους. Η μελέτη των φυτών είναι επίσης για να βεβαιωθείτε μπορούμε ακόμα να καλλιεργήσουμε καλλιέργειες στο μέλλον καθώς η κλιματική αλλαγή κάνει τον καιρό μας όλο και πιο ακραίο.
Τα περιβαλλοντικά σήματα διαμορφώνουν την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών. Για παράδειγμα, πολλά φυτά χρησιμοποιούν τη διάρκεια της ημέρας ως σύνθημα να πυροδοτήσει την ανθοφορία. Το κρυμμένο μισό των φυτών, οι ρίζες, χρησιμοποιούν επίσης σημάδια από το περιβάλλον τους για να εξασφαλίσουν ότι το σχήμα τους είναι βελτιστοποιημένο για να αναζητούν τροφή για νερό και θρεπτικά συστατικά.
Οι ρίζες προστατεύουν τα φυτά τους από καταπονήσεις όπως η ξηρασία προσαρμόζοντας το σχήμα τους (διακλαδίζοντας για να αυξήσουν επιφάνεια, για παράδειγμα) για να βρείτε περισσότερο νερό. Αλλά μέχρι πρόσφατα, δεν καταλαβαίναμε πώς οι ρίζες αντιλαμβάνονται εάν υπάρχει νερό στο περιβάλλον έδαφος.
Το νερό είναι το πιο σημαντικό μόριο στη Γη. Πολύ ή πολύ λίγο μπορεί να καταστρέψει ένα οικοσύστημα. Ο καταστροφικός αντίκτυπος της κλιματικής αλλαγής (όπως φάνηκε πρόσφατα στην Ευρώπη και την ανατολική Αφρική) είναι επικίνδυνος τόσο οι πλημμύρες όσο και οι ξηρασίες πιο συχνές. Από της κλιματικής αλλαγής is δημιουργία μοτίβων βροχοπτώσεων όλο και πιο ασταθής, μαθαίνοντας πώς ανταποκρίνονται τα φυτά λειψυδρία είναι ζωτικής σημασίας για να γίνουν οι καλλιέργειες πιο ανθεκτικές.
Η ομάδα μας από επιστήμονες και μαθηματικούς φυτών και εδάφους ανακαλύφθηκε πρόσφατα πως ρίζες φυτών προσαρμόζουν το σχήμα τους για να μεγιστοποιήσουν την πρόσληψη νερού. Οι ρίζες συνήθως διακλαδίζονται οριζόντια. Αλλά σταματούν τη διακλάδωση όταν χάνουν την επαφή με το νερό (όπως αναπτύσσονται μέσα από ένα κενό γεμάτο αέρα στο έδαφος) και οι ρίζες ξαναρχίζουν να διακλαδίζονται μόνο όταν επανασυνδεθούν με το υγρό έδαφος.
Η ομάδα μας διαπίστωσε ότι τα φυτά χρησιμοποιούν ένα σύστημα που ονομάζεται υδροσηματοδότηση για να διαχειριστείτε πού διακλαδίζονται οι ρίζες σε απόκριση διαθεσιμότητα νερού στο χώμα.
Η υδροσηματοδότηση είναι ο τρόπος με τον οποίο τα φυτά αντιλαμβάνονται πού βρίσκεται το νερό, όχι μετρώντας απευθείας τα επίπεδα υγρασίας αλλά ανιχνεύοντας άλλα διαλυτά μόρια που κινούνται με το νερό μέσα στα φυτά. Αυτό είναι δυνατό μόνο επειδή (σε αντίθεση με ζωικά κύτταρα) τα φυτικά κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους από μικρούς πόρους.
Αυτοί οι πόροι επιτρέπουν στο νερό και στα μικρά διαλυτά μόρια (συμπεριλαμβανομένων των ορμονών) να κινούνται μεταξύ τους ρίζα κύτταρα και ιστούς. Όταν το νερό προσλαμβάνεται από τη ρίζα του φυτού, ταξιδεύει μέσα από τα εξώτατα επιδερμικά κύτταρα.
Τα εξωτερικά ριζικά κύτταρα περιέχουν επίσης α ορμόνη που προωθεί τη διακλάδωση που ονομάζεται αυξίνη. Η πρόσληψη νερού πυροδοτεί τη διακλάδωση κινητοποιώντας την αυξίνη προς τα μέσα στους εσωτερικούς ιστούς της ρίζας. Όταν το νερό δεν είναι πλέον διαθέσιμο εξωτερικά, ας πούμε όταν μια ρίζα μεγαλώνει μέσα από ένα κενό γεμάτο αέρα, η άκρη της ρίζας εξακολουθεί να χρειάζεται νερό για να αναπτυχθεί.
Έτσι, όταν οι ρίζες δεν μπορούν να πάρουν νερό από το έδαφος, πρέπει να βασίζονται στο νερό από τις δικές τους φλέβες βαθιά μέσα στη ρίζα. Αυτό αλλάζει την κατεύθυνση της κίνησης του νερού, κάνοντάς το τώρα να κινείται προς τα έξω, γεγονός που διακόπτει τη ροή της διακλαδούμενης ορμόνης αυξίνης.
Το φυτό κάνει επίσης ένα αντιδιακλαδωτική ορμόνη που ονομάζεται ABA στις φλέβες της ρίζας του. Το ABA κινείται επίσης με τη ροή του νερού, προς την αντίθετη κατεύθυνση από την αυξίνη. Έτσι, όταν οι ρίζες αντλούν νερό από τις φλέβες των φυτών, οι ρίζες έλκουν επίσης την ορμόνη κατά των διακλαδώσεων προς τον εαυτό τους.
Το ABA σταματά τη διακλάδωση της ρίζας κλείνοντας όλους τους μικρούς πόρους που συνδέουν τα κύτταρα της ρίζας—κάπως σαν πόρτες φουσκώματος σε πλοίο. Αυτό αποκλείει τα κύτταρα της ρίζας μεταξύ τους και σταματά την ελεύθερη κίνηση της αυξίνης με το νερό, εμποδίζοντας τη διακλάδωση της ρίζας. Αυτό το απλό σύστημα επιτρέπει στις ρίζες των φυτών να συντονίζουν το σχήμα τους στις τοπικές συνθήκες νερού. Του που ονομάζεται ξεροδιακλάδωση (προφέρεται μηδενική διακλάδωση).
Η μελέτη μας διαπίστωσε επίσης ότι οι ρίζες ενός φυτού χρησιμοποιούν παρόμοιο σύστημα για να μειώσουν την απώλεια νερού όπως και οι βλαστοί του. Τα φύλλα σταματούν την απώλεια νερού σε συνθήκες ξηρασίας κλείνοντας τους μικροπόρους που ονομάζονται στομία στις επιφάνειές τους. Το κλείσιμο των στομάτων πυροδοτείται επίσης από την ορμόνη ΑΒΑ. Ομοίως, στις ρίζες το ΑΒΑ μειώνεται απώλεια νερού κλείνοντας νανο-πόρους που ονομάζονται πλασμοδέσματα που συνδέουν κάθε ριζικό κύτταρο μεταξύ τους.
Οι ρίζες από ντομάτα, κάρδαμο θαλής, καλαμπόκι, σιτάρι και κριθάρι ανταποκρίνονται στην υγρασία με αυτόν τον τρόπο, παρά το γεγονός ότι εξελίσσονται σε διαφορετικά εδάφη και κλίματα. Για παράδειγμα, οι ντομάτες προέρχονται από μια έρημο της Νότιας Αμερικής, ενώ κάρδαμο thale προέρχεται από εύκρατες περιοχές της Κεντρικής Ασίας. Αυτό υποδηλώνει ότι η ξεροκλάδωση είναι ένα κοινό χαρακτηριστικό στα ανθοφόρα φυτά, τα οποία είναι πάνω από 200 εκατομμύρια χρόνια νεότερα από τα μη ανθοφόρα φυτά όπως οι φτέρες.
Οι ρίζες από τις φτέρες, ένα πρώιμο εξελισσόμενο είδος χερσαίων φυτών, δεν ανταποκρίνονται στο νερό με αυτόν τον τρόπο. Οι ρίζες τους αναπτύσσονται πιο ομοιόμορφα. Αυτό υποδηλώνει ότι τα ανθοφόρα είδη προσαρμόζονται καλύτερα νερό στρες από προηγούμενα φυτά της γης όπως οι φτέρες.
Τα ανθοφόρα φυτά μπορούν να αποικίσουν ένα ευρύτερο φάσμα οικοσυστημάτων και περιβαλλόντων από τα μη ανθοφόρα είδη. Δεδομένων των ραγδαίων αλλαγών στα πρότυπα βροχοπτώσεων σε όλο τον κόσμο, η ικανότητα του φυτά Η αίσθηση και η προσαρμογή σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών υγρασίας του εδάφους είναι πιο σημαντική τώρα από ποτέ.