Rastliny majú kolonizovali veľkú väčšinu zemského povrchu. Čo je teda kľúčom k ich úspechu?
Ľudia často považujú rastliny za jednoduché, nezmyselné formy života. Môžu žiť zakorenené na jednom mieste, ale čím viac sa vedci dozvedia o rastlinách, tým komplexnejšie a citlivejšie uvedomujeme si, že sú. Výborne sa prispôsobujú miestnym podmienkam. Rastliny sú špecialisti, čo najviac využívajú to, čo je blízko miesta, kde klíčia.
Učenie sa o zložitosti života rastlín je však o niečom viac než len o inšpiratívnom úžase v ľuďoch. Štúdium rastlín je aj o uistení sa stále môžeme pestovať plodiny v budúcnosti, keďže klimatické zmeny spôsobia, že počasie bude čoraz extrémnejšie.
Signály prostredia ovplyvňujú rast a vývoj rastlín. Napríklad mnohé rastliny používajú dĺžka dňa ako podnet na spustenie kvitnutia. Skrytá polovica rastlín, korene, tiež používajú znaky zo svojho okolia, aby zabezpečili, že ich tvar je optimalizovaný na hľadanie vody a živín.
Korene chránia svoje rastliny pred stresmi, ako je sucho, tým, že prispôsobujú ich tvar (rozvetvujú sa, aby sa zväčšili plocha povrchu, napríklad) nájsť viac vody. Až donedávna sme však nechápali, ako korene vycítia, či je v okolitej pôde dostupná voda.
Voda je najdôležitejšou molekulou na Zemi. Príliš veľa alebo príliš málo môže zničiť ekosystém. Zničujúci vplyv zmeny klímy (ako nedávno v Európe a vo východnej Afrike) prináša častejšie povodne a suchá. Od zmena klímy is vytváranie dažďových vzorov čoraz nevyspytateľnejšie, učia sa, ako rastliny reagujú nedostatok vody je životne dôležitý pre zvýšenie odolnosti plodín.
Náš tím rastlinných a pôdnych vedcov a matematikov nedávno objavené ako korene rastlín prispôsobiť ich tvaru tak, aby maximalizovali absorpciu vody. Korene sa zvyčajne rozvetvujú horizontálne. Ale prerušia vetvenie, keď stratia kontakt s vodou (napríklad rastú cez vzduchom vyplnenú medzeru v pôde) a korene obnovia vetvenie, až keď sa znova spoja s vlhkou pôdou.
Náš tím zistil, že rastliny využívajú systém tzv hydrosignalizácia riadiť, kde sa korene vetvia v reakcii na dostupnosť vody v pôde.
Hydrosignalizácia je spôsob, akým rastliny vnímajú, kde je voda, nie priamym meraním úrovne vlhkosti, ale snímaním iných rozpustných molekúl, ktoré sa pohybujú s vodou v rastlinách. Je to možné len preto, že (na rozdiel od živočíšne bunky) rastlinné bunky sú navzájom spojené malými pórmi.
Tieto póry umožňujú, aby sa voda a malé rozpustné molekuly (vrátane hormónov) pohybovali spolu koreň bunky a tkanivá. Keď je voda absorbovaná koreňom rastliny, prechádza cez najvzdialenejšie epidermálne bunky.
Vonkajšie koreňové bunky obsahujú aj a hormón, ktorý podporuje vetvenie nazývaný auxín. Príjem vody spúšťa vetvenie mobilizáciou auxínu dovnútra do vnútorných koreňových tkanív. Keď voda už nie je k dispozícii zvonku, povedzme, keď koreň prerastá cez vzduchovú medzeru, koreňový hrot stále potrebuje vodu na rast.
Takže keď korene nemôžu prijímať vodu z pôdy, musia sa spoliehať na vodu z vlastných žíl hlboko vo vnútri koreňa. Tým sa mení smer pohybu vody, čím sa teraz pohybuje smerom von, čo narúša tok rozvetveného hormónu auxínu.
Rastlina tiež vytvára hormón proti vetveniu nazývaný ABA v jej koreňových žilách. ABA sa tiež pohybuje s prúdom vody, v opačnom smere ako auxín. Takže keď korene čerpajú vodu zo žíl rastlín, korene tiež priťahujú hormón proti vetveniu.
ABA zastavuje rozvetvenie koreňov tým, že zatvorí všetky malé póry, ktoré spájajú koreňové bunky – trochu ako výbušné dvere na lodi. Tým sa oddelia koreňové bunky od seba a zastaví sa voľný pohyb auxínu s vodou, čím sa zablokuje vetvenie koreňov. Tento jednoduchý systém umožňuje koreňom rastlín jemne prispôsobiť svoj tvar miestnym vodným podmienkam. to je nazývané xerobranching (vyslovuje sa nulové vetvenie).
Naša štúdia tiež zistila, že korene rastlín používajú podobný systém na zníženie straty vody ako jej výhonky. Listy zastavujú stratu vody počas sucha uzatváraním mikropórov nazývaných prieduchy na ich povrchu. Uzavretie prieduchov spúšťa aj hormón ABA. Podobne v koreňoch ABA znižuje strata vody uzavretím nanopórov nazývaných plasmodesmata, ktoré spájajú každú koreňovú bunku.
Korene rajčiaka, žeruchy, kukurice, pšenice a jačmeňa reagujú na vlhkosť týmto spôsobom, napriek tomu, že sa vyvíjajú v rôznych pôdach a podnebích. Napríklad, paradajky pochádzajú z juhoamerickej púšte, kým žerucha talianska pochádza z miernych oblastí strednej Ázie. To naznačuje, že xerobranching je bežnou črtou kvitnúcich rastlín, ktoré sú o viac ako 200 miliónov rokov mladšie ako nekvitnúce rastliny, ako sú paprade.
Korene papraďorastov, rýchlo sa vyvíjajúcich druhov suchozemských rastlín, nereagujú na vodu týmto spôsobom. Ich korene rastú rovnomernejšie. To naznačuje, že kvitnúce druhy sa lepšie prispôsobujú voda stres ako skoršie suchozemské rastliny, ako sú paprade.
Kvitnúce rastliny môžu kolonizovať širšiu škálu ekosystémov a prostredí ako nekvitnúce druhy. Vzhľadom na rýchle zmeny v zrážkach na celom svete, schopnosť rastliny vnímať a prispôsobovať sa širokej škále podmienok pôdnej vlhkosti je teraz dôležitejšie ako kedykoľvek predtým.