Rostliny mají kolonizoval drtivou většinu zemského povrchu. Co je tedy klíčem k jejich úspěchu?
Lidé často považují rostliny za jednoduché, nesmyslné formy života. Mohou žít zakořeněné na jednom místě, ale čím více se vědci dozvídají o rostlinách, tím komplexnější a citlivější uvědomujeme si, že jsou. Skvěle se přizpůsobují místním podmínkám. Rostliny jsou specialisté, kteří maximálně využívají to, co je blízko místa, kde klíčí.
Učení se o spletitosti rostlinného života je však více než jen inspirující údiv v lidech. Studium rostlin je také o ujištění stále můžeme pěstovat plodiny v budoucnu, protože změna klimatu způsobí, že naše počasí bude stále extrémnější.
Signály prostředí ovlivňují růst a vývoj rostlin. Například mnoho rostlin používá délka dne jako vodítko ke spuštění kvetení. Skrytá polovina rostlin, kořeny, také používají znaky ze svého okolí, aby zajistily, že jejich tvar je optimalizován pro hledání vody a živin.
Kořeny chrání své rostliny před stresy, jako je sucho, tím, že přizpůsobují jejich tvar (větvení pro zvýšení jejich plocha povrchu, například) najít více vody. Ale donedávna jsme nechápali, jak kořeny vnímají, zda je v okolní půdě dostupná voda.
Voda je nejdůležitější molekula na Zemi. Příliš mnoho nebo příliš málo může zničit ekosystém. Zničující dopad změny klimatu (jak bylo nedávno vidět v Evropě a východní Africe) má častější povodně a sucha. Od té doby změna klimatu is vytváření dešťových vzorů stále nevyzpytatelnější, učí se, jak rostliny reagují nedostatek vody je zásadní pro zvýšení odolnosti plodin.
Náš tým rostlinných a půdních vědců a matematiků nedávno objevil jak kořeny rostlin přizpůsobte jejich tvar, abyste maximalizovali absorpci vody. Kořeny se obvykle větví vodorovně. Ale přeruší větvení, když ztratí kontakt s vodou (například prorůstají vzduchem naplněnou mezerou v půdě) a kořeny se rozvětvují až poté, co se znovu spojí s vlhkou půdou.
Náš tým zjistil, že rostliny používají systém tzv hydrosignalizace řídit, kde se kořeny větví v reakci na dostupnost vody v půdě.
Hydrosignalizace je způsob, jakým rostliny vnímají, kde je voda, nikoli přímým měřením úrovní vlhkosti, ale snímáním jiných rozpustných molekul, které se pohybují s vodou v rostlinách. To je možné pouze proto, že (na rozdíl od živočišné buňky) rostlinné buňky jsou vzájemně propojeny malými póry.
Tyto póry umožňují, aby se voda a malé rozpustné molekuly (včetně hormonů) pohybovaly společně kořen buňky a tkáně. Když je voda přijímána kořenem rostliny, prochází nejvzdálenějšími epidermálními buňkami.
Vnější kořenové buňky také obsahují a hormon, který podporuje větvení zvaný auxin. Příjem vody spouští větvení mobilizací auxinu dovnitř do vnitřních tkání kořenů. Když voda již není k dispozici zvenčí, řekněme, když kořen prorůstá vzduchovou mezerou, kořenová špička stále potřebuje vodu k růstu.
Takže když kořeny nemohou přijímat vodu z půdy, musí se spoléhat na vodu z vlastních žil hluboko uvnitř kořene. Tím se změní směr pohybu vody, takže se nyní pohybuje směrem ven, což narušuje tok rozvětvujícího hormonu auxinu.
Rostlina také vytváří hormon proti větvení zvaný ABA v jejích kořenových žilách. ABA se také pohybuje s proudem vody, v opačném směru než auxin. Takže když kořeny stahují vodu ze žil rostlin, kořeny také přitahují hormon proti větvení směrem k sobě.
ABA zastavuje větvení kořenů uzavřením všech malých pórů, které spojují kořenové buňky – trochu jako dveře na lodi. Tím se oddělí kořenové buňky od sebe a zastaví se volný pohyb auxinu s vodou, čímž se zablokuje větvení kořenů. Tento jednoduchý systém umožňuje kořenům rostlin doladit svůj tvar podle místních vodních podmínek. Své tzv. xerobranching (vyslovováno nulové větvení).
Naše studie také zjistila, že kořeny rostliny používají podobný systém ke snížení ztráty vody jako její výhonky. Listy zastavují ztrátu vody během sucha uzavřením mikropórů zvaných průduchy na jejich povrchu. Uzavření průduchů je také vyvoláno hormonem ABA. Podobně se snižuje ABA v kořenech ztráta vody uzavřením nanopórů zvaných plasmodesmata, které spojují každou kořenovou buňku dohromady.
Kořeny rajčat, řeřichy, kukuřice, pšenice a ječmene reagují na vlhkost tímto způsobem, přestože se vyvíjejí v různých půdách a podnebích. Například, rajčata pocházejí z jihoamerické pouště, zatímco řeřicha thalská pochází z mírných oblastí střední Asie. To naznačuje, že xerobranching je běžnou vlastností kvetoucích rostlin, které jsou o více než 200 milionů let mladší než nekvetoucí rostliny, jako jsou kapradiny.
Kořeny kapradin, raně se vyvíjejících druhů suchozemských rostlin, na vodu tímto způsobem nereagují. Jejich kořeny rostou rovnoměrněji. To naznačuje, že kvetoucí druhy se lépe přizpůsobují voda stres než dřívější suchozemské rostliny, jako jsou kapradiny.
Kvetoucí rostliny mohou kolonizovat širší škálu ekosystémů a prostředí než nekvetoucí druhy. Vzhledem k rychlým změnám ve vzorcích srážek po celém světě je schopnost rostliny vnímat a přizpůsobovat se široké škále podmínek vlhkosti půdy je nyní důležitější než kdy jindy.