Рослини мають колонізували переважну більшість поверхні Землі. Тож у чому запорука їхнього успіху?
Люди часто вважають рослини простими безглуздими формами життя. Вони можуть жити в одному місці, але чим більше вчені дізнаються про рослини, більш складний і чуйний ми розуміємо, що вони є. Вони чудово пристосовуються до місцевих умов. Рослини є спеціалістами, які максимально використовують те, що знаходиться поруч із місцем їх проростання.
Проте знання тонкощів рослинного життя — це щось більше, ніж викликає у людей подив. Вивчення рослин – це ще й переконання ми ще можемо вирощувати врожай у майбутньому, оскільки зміна клімату робить нашу погоду все більш екстремальною.
Сигнали навколишнього середовища формують ріст і розвиток рослин. Наприклад, багато рослин використовують тривалість дня як сигнал щоб викликати цвітіння. Прихована половина рослин, коріння, також використовує знаки з навколишнього середовища, щоб переконатися, що їх форма оптимізована для пошуку води та поживних речовин.
Коріння захищає свої рослини від стресів, таких як посуха, адаптуючи свою форму (розгалуження для збільшення їх область поверхні, наприклад), щоб знайти більше води. Але донедавна ми не розуміли, як коріння відчуває наявність води в навколишньому ґрунті.
Вода – найважливіша молекула на Землі. Надто багато або надто мало може зруйнувати екосистему. Руйнівний вплив зміни клімату (що нещодавно спостерігалося в Європі та Східній Африці) посилюється як повені, так і посухи більш поширені, так як зміни клімату is створення моделей дощу все більш непостійним, дізнаючись, як рослини реагують на нестача води життєво важливий для підвищення стійкості культур.
Наша команда вчених рослин і ґрунтів і математиків нещодавно виявлено як коріння рослин адаптувати свою форму для максимального поглинання води. Коріння зазвичай розгалужується горизонтально. Але вони призупиняють розгалуження, коли втрачають контакт з водою (наприклад, ростуть через заповнену повітрям щілину в ґрунті), а коріння відновлює розгалуження лише після того, як знову з’єднається з вологим ґрунтом.
Наша команда виявила, що рослини використовують систему, яка називається гідросигналізація керувати тим, де коріння розгалужується у відповідь на наявність води у ґрунті.
Гідросигналізація – це спосіб, у який рослини визначають, де знаходиться вода, не шляхом безпосереднього вимірювання рівня вологи, а шляхом сприйняття інших розчинних молекул, які рухаються разом з водою в рослинах. Це можливо лише тому, що (на відміну від клітини тварин) рослинні клітини з’єднані одна з одною дрібними порами.
Ці пори дозволяють воді та невеликим розчинним молекулам (включаючи гормони) рухатися разом між ними корінь клітин і тканин. Коли вода поглинається коренем рослини, вона проходить через зовнішні клітини епідермісу.
Клітини зовнішнього кореня також містять a гормон, який сприяє розгалуженню, називається ауксин. Поглинання води викликає розгалуження шляхом мобілізації ауксину всередину до внутрішніх тканин кореня. Коли вода більше не доступна зовні, скажімо, коли корінь росте через заповнену повітрям щілину, верхівка кореня все ще потребує води для росту.
Отже, коли коріння не може отримати воду з ґрунту, воно змушене покладатися на воду з власних вен глибоко в корені. Це змінює напрямок руху води, змушуючи її тепер рухатися назовні, що порушує потік розгалуженого гормону ауксину.
Завод також робить an гормон проти розгалуження називається ABA в його кореневих жилках. АБК також рухається з потоком води, у протилежному напрямку до ауксину. Отже, коли коріння вбирає воду з вен рослини, коріння також втягує гормон, що запобігає розгалуженню, до себе.
ABA зупиняє розгалуження коренів, закриваючи всі дрібні пори, які з’єднують клітини коренів — схоже на двері на кораблі. Це відокремлює клітини кореня одна від одної та перешкоджає вільному переміщенню ауксину з водою, блокуючи розгалуження кореня. Ця проста система дозволяє корінням рослин точно налаштувати свою форму відповідно до місцевих умов води. Його називається ксеророзгалуженням (виражене нульове розгалуження).
Наше дослідження також виявило, що коріння рослини використовують подібну систему для зменшення втрати води, що й пагони. Листя зупиняє втрату води під час посухи шляхом закриття мікропор, які називаються продихами на їх поверхні. Закриття продихів також викликається гормоном ABA. Подібним чином у коренях знижується АБК втрати води шляхом закриття нанопор, які називаються плазмодесмами, які з’єднують кожну клітину кореня.
Коріння помідорів, кукурудзи, пшениці та ячменю реагують на вологу таким чином, незважаючи на те, що розвиваються в різних ґрунтах і кліматах. Наприклад, помідори виникли в південноамериканській пустелі, тоді як тале кресс походить із помірних регіонів Центральної Азії. Це свідчить про те, що ксеророзгалуження є загальною рисою квіткових рослин, які на 200 мільйонів років молодші за неквітучі рослини, такі як папороті.
Коріння папоротей, раннього еволюціонуючого виду наземних рослин, не реагує на воду таким чином. Їх коріння росте більш рівномірно. Це означає, що квітучі види краще пристосовуються води стресу, ніж більш ранні наземні рослини, такі як папороті.
Квіткові рослини можуть колонізувати більш широкий спектр екосистем і середовищ, ніж неквітучі види. Враховуючи швидкі зміни режиму опадів у всьому світі, здатність рослин відчувати та адаптуватися до широкого діапазону умов вологості ґрунту зараз важливіше, ніж будь-коли.