Растенията имат колонизирали огромното мнозинство от земната повърхност. И така, какъв е ключът към техния успех?
Хората често мислят за растенията като за прости, безсмислени форми на живот. Те може да живеят вкоренени на едно място, но колкото повече учените научават за растенията, толкова по-сложни и отзивчиви осъзнаваме, че са. Отлично се адаптират към местните условия. Растенията са специалисти, които се възползват максимално от това, което е близо до мястото, където покълват.
Научаването за тънкостите на растителния живот обаче е повече от вдъхновяващо чудо у хората. Изучаването на растения също означава да се уверите все още можем да отглеждаме култури в бъдеще, тъй като изменението на климата прави нашето време все по-екстремно.
Сигналите на околната среда формират растежа и развитието на растенията. Например, много растения използват дължина на деня като реплика за да предизвика цъфтеж. Скритата половина на растенията, корените, също използват знаци от заобикалящата ги среда, за да гарантират, че формата им е оптимизирана за търсене на вода и хранителни вещества.
Корените предпазват растенията си от стрес като суша, като адаптират формата си (разклоняват се за увеличаване на тяхната площ, например), за да намерите повече вода. Но доскоро не разбирахме как корените усещат наличието на вода в околната почва.
Водата е най-важната молекула на Земята. Твърде много или твърде малко може да унищожи една екосистема. Опустошителното въздействие на изменението на климата (както наскоро се наблюдава в Европа и Източна Африка) се засилва както наводненията, така и сушите са по-чести. Тъй като изменението на климата is създаване на модели на дъжд все по-хаотично, научавайки как растенията реагират на недостиг на вода е от жизненоважно значение за по-голяма устойчивост на културите.
Нашият екип от специалисти по растения и почви и математици Наскоро открити как корени на растенията адаптират формата си, за да максимизират поемането на вода. Корените обикновено се разклоняват хоризонтално. Но те спират разклоняването си, когато загубят контакт с водата (като растат през пълна с въздух празнина в почвата) и корените възобновяват разклоняването си само след като се свържат отново с влажна почва.
Нашият екип установи, че растенията използват система, наречена хидросигнализация да управлявате къде се разклоняват корените в отговор на наличност на вода в почвата.
Хидросигнализирането е начинът, по който растенията усещат къде е водата, не чрез директно измерване на нивата на влага, а чрез усещане на други разтворими молекули, които се движат с водата в растенията. Това е възможно само защото (за разлика от животински клетки) растителните клетки са свързани една с друга чрез малки пори.
Тези пори позволяват на вода и малки разтворими молекули (включително хормони) да се движат заедно между тях корен клетки и тъкани. Когато водата се поеме от корена на растението, тя преминава през най-външните епидермални клетки.
Външните коренови клетки също съдържат a хормон, който насърчава разклоняването, наречен ауксин. Поемането на вода предизвиква разклоняване чрез мобилизиране на ауксин навътре към вътрешните коренови тъкани. Когато водата вече не е достъпна отвън, да речем, когато корен расте през пълна с въздух празнина, върхът на корена все още се нуждае от вода, за да расте.
Така че, когато корените не могат да приемат вода от почвата, те трябва да разчитат на вода от собствените си вени дълбоко в корена. Това променя посоката на движение на водата, карайки я да се движи навън, което нарушава потока на разклонения хормон ауксин.
Растението също прави хормон против разклоняване, наречен ABA в кореновите му вени. ABA също се движи с потока вода, в обратна посока на ауксина. Така че, когато корените изтеглят вода от вените на растенията, корените също изтеглят хормона против разклоняване към себе си.
ABA спира разклоняването на корените, като затваря всички малки пори, които свързват кореновите клетки - малко като взривни врати на кораб. Това изолира кореновите клетки една от друга и спира ауксина да се движи свободно с водата, блокирайки разклоняването на корена. Тази проста система позволява на корените на растенията да настройват фино формата си към местните водни условия. това е наречено ксероразклоняване (изразено нулево разклоняване).
Нашето проучване установи също, че корените на растението използват подобна система за намаляване на загубата на вода като неговите издънки. Листата спират загубата на вода по време на суша чрез затваряне на микропори, наречени устица на техните повърхности. Затварянето на устицата също се задейства от ABA хормона. По същия начин, в корените ABA намалява загуба на вода чрез затваряне на нанопори, наречени плазмодесми, които свързват всяка коренова клетка заедно.
Корените от домати, кресон, царевица, пшеница и ечемик реагират на влага по този начин, въпреки че се развиват в различни почви и климат. Например, доматите произхождат от южноамериканска пустиня, докато тален кресон идва от регионите с умерен климат в Централна Азия. Това предполага, че ксероразклоняването е често срещана черта в цъфтящите растения, които са с над 200 милиона години по-млади от нецъфтящите растения като папратите.
Корените от папрати, ранно еволюиращ сухоземен растителен вид, не реагират на водата по този начин. Корените им растат по-равномерно. Това предполага, че цъфтящите видове се адаптират по-добре вода стрес в сравнение с по-ранните сухоземни растения като папрати.
Цъфтящите растения могат да колонизират по-широк кръг от екосистеми и среди, отколкото нецъфтящите видове. Предвид бързите промени в моделите на валежите по целия свят, способността на растения усещането и адаптирането към широк диапазон от условия на почвена влага сега е по-важно от всякога.