Biljke imaju kolonizirali veliku većinu Zemljine površine. Dakle, što je ključ njihovog uspjeha?
Ljudi često misle o biljkama kao o jednostavnim, besmislenim oblicima života. Možda žive ukorijenjeni na jednom mjestu, ali što više znanstvenici uče o biljkama, što je složeniji i osjetljiviji shvaćamo da jesu. Izvrsno se prilagođavaju lokalnim uvjetima. Biljke su stručnjaci, 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 osigurati još uvijek možemo uzgajati usjeve u budućnosti jer klimatske promjene čine naše vrijeme sve ekstremnijim.
Signali iz okoliša oblikuju rast i razvoj biljaka. Na primjer, mnoge biljke koriste duljina dana kao znak pokrenuti cvjetanje. Skrivena polovica biljaka, korijenje, također koristi znakove iz svoje okoline kako bi osigurala da je njihov oblik optimiziran za traženje vode i hranjivih tvari.
Korijeni štite svoje biljke od stresova kao što je suša prilagođavanjem svog oblika (grananje za povećanje površina, na primjer) pronaći više vode. Ali sve donedavno nismo razumjeli kako korijenje osjeća ima li vode u okolnom tlu.
Voda je najvažnija molekula na Zemlji. Previše ili premalo može uništiti ekosustav. Razarajući učinak klimatskih promjena (kao što je nedavno vidljivo u Europi i istočnoj Africi) postaje sve jači i poplave i suše češće. Od klimatske promjene is pravljenje uzoraka padalina sve nestalnije, učeći kako biljke reagiraju na nestašica vode od vitalnog je značaja za povećanje otpornosti usjeva.
Naš tim znanstvenika i matematičara za biljke i tlo nedavno otkriven kako korijenje biljaka prilagođavaju svoj oblik kako bi maksimalno upijali vodu. Korijenje se obično grana vodoravno. Ali oni zaustavljaju grananje kada izgube kontakt s vodom (kao što raste kroz prazninu u tlu ispunjenu zrakom), a korijenje nastavlja s grananjem tek kada se ponovno spoji s vlažnom zemljom.
Naš tim je otkrio da biljke koriste sustav tzv hidrosignalizacija upravljati tamo gdje se korijenje grana kao odgovor na dostupnost vode u tlu.
Hidrosignalizacija je način na koji biljke osjećaju gdje se nalazi voda, ne izravnim mjerenjem razine vlage, već osjećanjem drugih topljivih molekula koje se kreću s vodom unutar biljaka. To je moguće samo zato što (za razliku od životinjske stanice) biljne stanice su međusobno povezane po malim porama.
Ove pore omogućuju kretanje vode i malih topljivih molekula (uključujući hormone) zajedno korijen stanica i tkiva. Kada korijen biljke uzme vodu, ona putuje kroz najudaljenije epidermalne stanice.
Vanjske stanice korijena također sadrže a hormon koji potiče grananje zvan auksin. Upijanje vode pokreće grananje mobiliziranjem auksina prema unutrašnjosti tkiva korijena. Kada voda više nije dostupna izvana, recimo kada korijen raste kroz otvor ispunjen 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 u korijenu. Time se mijenja smjer kretanja vode, pa se ona sada kreće prema van, što remeti protok hormona auksina za grananje.
Biljka također čini an hormon protiv grananja koji se zove ABA u svojim žilama korijena. ABA se također kreće s protokom vode, u suprotnom smjeru od auksina. Dakle, kada korijenje crpi vodu iz vena biljaka, korijenje također crpi hormon protiv grananja prema sebi.
ABA zaustavlja grananje korijena zatvarajući sve male pore koje povezuju stanice korijena - pomalo poput protuprovalnih vrata na brodu. Ovo zatvara stanice korijena jedne od drugih i sprječava slobodno kretanje auksina s vodom, blokirajući grananje korijena. Ovaj jednostavan sustav omogućuje korijenima biljaka da fino prilagode svoj oblik lokalnim uvjetima vode. to je zvano kserobranjenje (izraženo nulto grananje).
Naša je studija također otkrila da korijenje biljke koristi sličan sustav za smanjenje gubitka vode kao i mladice. Lišće zaustavlja gubitak vode tijekom sušnih uvjeta zatvaranjem mikropora koje se nazivaju puči na njihovim površinama. Zatvaranje stomata također je potaknuto hormonom ABA. Slično, u korijenju ABA smanjuje gubitak vode zatvaranjem nano-pora koje se nazivaju plazmodezmate koje povezuju svaku stanicu korijena.
Korijenje rajčice, thale cress, kukuruza, pšenice i ječma reagira na vlagu na ovaj način, unatoč tome što se razvijalo u različitim tlima i klimama. Na primjer, rajčice potječu iz južnoameričke pustinje, dok thale kres dolazi iz središnje azijskih umjerenih regija. Ovo sugerira da je kserogrananje uobičajena osobina cvjetnica, koje su više od 200 milijuna godina mlađe od biljaka koje ne cvjetaju, poput paprati.
Korijenje paprati, vrste kopnene biljke koja se rano razvija, ne reagira na vodu na ovaj način. Njihovo korijenje raste ravnomjernije. Ovo sugerira da se cvjetnice bolje prilagođavaju voda stres nego ranije kopnene biljke poput paprati.
Cvjetnice mogu kolonizirati širi raspon ekosustava i okoliša od vrsta koje ne cvjetaju. S obzirom na brze promjene u obrascima padalina diljem svijeta, sposobnost bilje osjetiti i prilagoditi se širokom rasponu uvjeta vlažnosti tla sada je važnije nego ikada.