Plantele au colonizat marea majoritate a suprafeţei Pământului. Deci, care este cheia succesului lor?
Oamenii se gândesc adesea la plante ca la forme de viață simple, fără sens. Ei pot trăi înrădăcinați într-un singur loc, dar cu cât oamenii de știință învață mai mulți despre plante, cu atât mai complexă și mai receptivă ne dăm seama că sunt. Sunt excelente în adaptarea la condițiile locale. Plantele sunt specialiști, profitând la maximum de ceea ce este aproape de locul în care germinează.
Totuși, a învăța despre complexitățile vieții plantelor înseamnă mai mult decât să inspire minuni în oameni. Studierea plantelor înseamnă și a te asigura mai putem cultiva culturi în viitor, deoarece schimbările climatice fac vremea noastră din ce în ce mai extremă.
Semnalele de mediu modelează creșterea și dezvoltarea plantelor. De exemplu, multe plante folosesc lungimea zilei ca indiciu pentru a declanșa înflorirea. Jumătatea ascunsă a plantelor, rădăcinile, utilizează, de asemenea, semne din împrejurimile lor pentru a se asigura că forma lor este optimizată pentru a căuta apă și nutrienți.
Rădăcinile își protejează plantele de stres, cum ar fi seceta, adaptându-și forma (ramificarea pentru a le crește suprafață, de exemplu) pentru a găsi mai multă apă. Dar până de curând, nu am înțeles cum rădăcinile simt dacă apă este disponibilă în solul din jur.
Apa este cea mai importantă moleculă de pe Pământ. Prea mult sau prea puțin poate distruge un ecosistem. Impactul devastator al schimbărilor climatice (așa cum sa observat recent în Europa și Africa de Est) se face atât inundațiile cât și secetele mai frecvente. De cand schimbarea climei is realizarea modelelor de precipitații din ce în ce mai neregulat, învățând cum răspund plantele lipsa de apa este vital pentru a face culturile mai rezistente.
Echipa noastră de oameni de știință a plantelor și a solului și matematicieni descoperit recent cum rădăcinile plantelor adaptează-și forma pentru a maximiza absorbția de apă. În mod normal, rădăcinile se ramifică orizontal. Dar opresc ramificarea atunci când pierd contactul cu apa (cum ar fi creșterea printr-un gol din sol plin de aer) și rădăcinile reiau ramificarea doar odată ce se reconecta cu solul umed.
Echipa noastră a descoperit că plantele folosesc un sistem numit hidrosemnalizare pentru a gestiona unde rădăcinile se ramifică ca răspuns la disponibilitatea apei în sol.
Hidrosemnalizarea este modul în care plantele simt unde se află apa, nu prin măsurarea directă a nivelului de umiditate, ci prin detectarea altor molecule solubile care se mișcă cu apa în interiorul plantelor. Acest lucru este posibil doar pentru că (spre deosebire de celule animale) celulele vegetale sunt legate între ele prin pori mici.
Acești pori permit apei și moleculelor solubile mici (inclusiv hormonii) să se miște împreună rădăcină celule și țesuturi. Când apa este preluată de rădăcina plantei, ea călătorește prin celulele epidermice cele mai exterioare.
Celulele rădăcinii exterioare conțin și a hormon care favorizează ramificarea numit auxină. Absorbția apei declanșează ramificarea prin mobilizarea auxinei spre interior, către țesuturile radiculare interioare. Când apa nu mai este disponibilă extern, să spunem când o rădăcină crește printr-un gol umplut cu aer, vârful rădăcinii încă are nevoie de apă pentru a crește.
Deci, atunci când rădăcinile nu pot absorbi apă din sol, ele trebuie să se bazeze pe apa din propriile vene din interiorul rădăcinii. Acest lucru schimbă direcția de mișcare a apei, făcând-o acum să se miște spre exterior, ceea ce perturbă fluxul hormonului de ramificare auxină.
Planta face, de asemenea, o hormon anti-ramificare numit ABA în venele sale radiculare. ABA se mișcă și cu fluxul de apă, în direcția opusă auxinei. Deci, atunci când rădăcinile atrag apă din venele plantelor, rădăcinile atrag, de asemenea, hormonul anti-ramificare către ele.
ABA oprește ramificarea rădăcinilor prin închiderea tuturor porilor mici care conectează celulele rădăcinilor – un pic ca ușile de explozie ale unei nave. Aceasta etanșează celulele rădăcinilor unele de altele și oprește mișcarea liberă a auxinei cu apă, blocând ramificarea rădăcinii. Acest sistem simplu permite rădăcinilor plantelor să-și ajusteze forma la condițiile locale ale apei. este numită xeroramificare (pronunțat zerobranching).
Studiul nostru a mai constatat că rădăcinile unei plante utilizează un sistem similar pentru a reduce pierderile de apă ca lăstarii. Frunzele opresc pierderea apei în condiţii de secetă prin închiderea microporilor numiţi stomatele de pe suprafaţa lor. Închiderea stomatelor este declanșată și de hormonul ABA. În mod similar, în rădăcini ABA se reduce pierdere de apa prin închiderea nano-porilor numiți plasmodesmate care leagă fiecare celulă rădăcină împreună.
Rădăcinile de la roșii, cresonul, porumb, grâu și orz, toate răspund la umiditate în acest fel, în ciuda evoluției în soluri și climate diferite. De exemplu, roșiile provin dintr-un deșert sud-american, în timp ce cresonul tale provine din regiunile temperate din Asia centrală. Acest lucru sugerează că xerobranchingul este o trăsătură comună la plantele cu flori, care sunt cu peste 200 de milioane de ani mai tinere decât plantele fără flori, cum ar fi ferigile.
Rădăcinile de la ferigi, o specie de plante terestre cu evoluție timpurie, nu răspund la apă în acest fel. Rădăcinile lor cresc mai uniform. Acest lucru sugerează că speciile cu flori se adaptează mai bine la de apă stres decât plantele terestre anterioare, cum ar fi ferigi.
Plantele cu flori pot coloniza o gamă mai largă de ecosisteme și medii decât speciile fără flori. Având în vedere schimbările rapide ale tiparelor de precipitații de pe tot globul, capacitatea de plante a simți și a se adapta la o gamă largă de condiții de umiditate a solului este mai important acum ca niciodată.