A növényeknek van gyarmatosította a nagy többséget a Föld felszínéről. Mi tehát a sikerük kulcsa?
Az emberek gyakran úgy gondolják a növényeket, mint egyszerű, értelmetlen életformákat. Lehet, hogy egy helyen gyökerezve élnek, de minél több tudós tanul meg a növényekről, annál összetettebb és érzékenyebb rájöttünk, hogy azok. Kiválóan alkalmazkodnak a helyi viszonyokhoz. A növények szakértők, és a legtöbbet hozzák ki a csírázási helyük közelében lévőből.
A növényi élet fortélyainak megismerése azonban több, mint csodálatra inspirálni az embereket. A növények tanulmányozása arról is szól, hogy megbizonyosodjunk még termeszthetünk növényeket a jövőben, mivel az éghajlatváltozás egyre szélsőségesebbé teszi időjárásunkat.
A környezeti jelek befolyásolják a növények növekedését és fejlődését. Például sok növény használja a nap hossza mint jelzés virágzás kiváltására. A növények rejtett fele, a gyökerek a környezetükből származó jeleket is használnak annak biztosítására, hogy alakjuk optimális legyen a víz és tápanyag utánpótláshoz.
A gyökerek megvédik növényeiket az olyan igénybevételektől, mint a szárazság azáltal, hogy módosítják formájukat (elágaznak, hogy növeljék felszíni területpéldául), hogy több vizet találjon. De egészen a közelmúltig nem értettük, hogyan érzékelik a gyökerek, hogy van-e víz a környező talajban.
A víz a Föld legfontosabb molekulája. Túl sok vagy túl kevés tönkreteheti az ökoszisztémát. Az éghajlatváltozás pusztító hatásai (amint azt nemrég Európában és Kelet-Afrikában is tapasztalták). mind az árvizek, mind az aszályok gyakoribbak. Mivel klímaváltozás is esőminták készítése egyre változékonyabb, megtanulja, hogyan reagálnak a növények vízhiány létfontosságú a növények ellenállóbbá tételéhez.
Növény- és talajkutatókból és matematikusokból álló csapatunk nemrég felfedezett hogyan növényi gyökerek alakítsák alakjukat a vízfelvétel maximalizálása érdekében. A gyökerek általában vízszintesen ágaznak el. De leállítják az elágazást, amikor elveszítik a vízzel való érintkezést (például a talaj levegővel töltött résén keresztül nőnek), és a gyökerek csak akkor kezdik újra az elágazást, ha újra kapcsolatba kerülnek a nedves talajjal.
Csapatunk megállapította, hogy a növények az ún hidrojelzés hogy kezelje a gyökerek elágazását válaszul víz rendelkezésre állása a talajban.
A hidrojelzés az a mód, ahogyan a növények érzékelik, hol van a víz, nem a nedvességszint közvetlen mérésével, hanem más oldható molekulák érzékelésével, amelyek a növényekben a vízzel együtt mozognak. Ez csak azért lehetséges, mert (ellentétben állati sejtek) a növényi sejtek kapcsolódnak egymáshoz kis pórusok által.
Ezek a pórusok lehetővé teszik a víz és a kis oldható molekulák (beleértve a hormonokat) egymás közötti mozgását gyökér sejtek és szövetek. Amikor a növény gyökere felveszi a vizet, az áthalad a legkülső epidermális sejteken.
A külső gyökérsejtek is tartalmaznak a az auxin nevű hormon, amely elősegíti az elágazást. A vízfelvétel elágazást vált ki azáltal, hogy az auxint befelé mozgósítja a belső gyökérszövetekbe. Amikor a víz már nem elérhető kívülről, például amikor egy gyökér egy levegővel teli résen keresztül nő, a gyökércsúcsnak még mindig vízre van szüksége a növekedéshez.
Tehát amikor a gyökerek nem tudják felvenni a vizet a talajból, akkor a gyökér belsejében lévő saját ereikből származó vízre kell támaszkodniuk. Ez megváltoztatja a víz mozgásának irányát, így az most kifelé mozdul, ami megzavarja az elágazó auxin hormon áramlását.
A növény is készít egy az ABA nevű elágazásgátló hormon gyökérereiben. Az ABA a víz áramlásával is együtt mozog, az auxinnal ellentétes irányban. Tehát amikor a gyökerek vizet szívnak le a növények ereiből, a gyökerek is maguk felé vonják az elágazásgátló hormont.
Az ABA megakadályozza a gyökér elágazását azáltal, hogy bezárja a gyökérsejteket összekötő összes kis pórust – kicsit úgy, mint egy hajó robbanóajtói. Ez elzárja egymástól a gyökérsejteket, és megakadályozza az auxin szabad mozgását a vízzel, megakadályozva a gyökér elágazását. Ez az egyszerű rendszer lehetővé teszi, hogy a növények gyökerei finomhangolják alakjukat a helyi vízviszonyokhoz. ez van xerobranchingnak nevezik (ejtsd: nulla elágazás).
Vizsgálatunk azt is megállapította, hogy a növény gyökerei hasonló rendszert használnak a vízveszteség csökkentésére, mint a hajtásai. A levelek megállítják a vízveszteséget aszályos körülmények között úgy, hogy a felületükön elzárják a sztómának nevezett mikropórusokat. A sztómák záródását az ABA hormon is kiváltja. Hasonlóképpen, a gyökerekben az ABA csökkenti vízveszteség a plazmodezmának nevezett nanopórusok bezárásával, amelyek minden gyökérsejtet összekapcsolnak.
A paradicsom, a zsázsa, a kukorica, a búza és az árpa gyökerei így reagálnak a nedvességre, annak ellenére, hogy különböző talajokon és éghajlaton fejlődnek. Például, A paradicsom egy dél-amerikai sivatagból származik, miközben lúdfű Közép-Ázsia mérsékelt övi vidékeiről származik. Ez azt sugallja, hogy a virágzó növények gyakori tulajdonsága a xerobranching, amelyek több mint 200 millió évvel fiatalabbak, mint a nem virágzó növények, például a páfrányok.
A páfrányok gyökerei, egy korán fejlődő szárazföldi növényfaj, nem reagálnak ilyen módon a vízre. Gyökereik egyenletesebben nőnek. Ez arra utal, hogy a virágzó fajok jobban alkalmazkodnak víz stressz, mint a korábbi szárazföldi növények, például a páfrányok.
A virágos növények az ökoszisztémák és környezetek szélesebb körét kolonizálhatják, mint a nem virágzó fajok. Tekintettel a csapadékmintázatok gyors változásaira szerte a világon, az a képesség, növények a talajnedvesség-viszonyok széles körének érzékelése és alkalmazkodása most fontosabb, mint valaha.