Способността на растенията да усещат и да се адаптират към широк спектър от условия на почвена влага сега е по-важна от всякога.
Растенията са колонизирали по-голямата част от повърхността на Земята. И така, какъв е ключът към техния успех?
Хората често мислят за растенията като за прости, безсъзнателни 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 те. Растенията са специалисти, които отлично се адаптират към местните условия, като се възползват максимално от това, което е близо до мястото, където покълват.
Сигналите на околната среда формират растежа и развитието на растенията. Например, много растения използват дължината на деня като сигнал за задействане на цъфтежа. 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 от стрес като суша, като адаптират формата си (разклоняват се, за да увеличат площта си, например), за да намерят повече вода. Но доскоро не разбирахме как корените усещат дали има налична 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) прави както наводненията, така и сушите по-чести.
Тъй като изменението на климата прави моделите на валежите все по-хаотични, научаването как растенията реагират на недостиг на вода е жизненоважно за по-голяма устойчивост на културите.
Вкореняване
Екип от учени по растенията и почвата и математици наскоро открива как корените на растенията адаптират формата си, за да увеличат максимално усвояването на вода.
Корените обикновено се разклоняват хоризонтално. Но те спират разклоняването си, когато загубят контакт с водата и възобновяват разклоняването си едва след като се свържат отново с влажна почва.
Екипът установява, че растенията използват система, наречена хидросигнализиране, за да управляват къде да се разклоняват корените в отговор на наличието 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 животинските клетки) растителните клетки са свързани една с друга чрез малки пори.
Тези пори позволяват на водата и малките разтворими молекули (включително хормони) да се движат заедно между кореновите клетки и тъканите. Когато водата се поеме от корена на растението, тя преминава през най-външните епидермални клетки.
Външните коренови клетки също съдържат хормон, който насърчава разклоняването, наречен ауксин. Поемането на вода предизвиква разклоняване чрез мобилизиране на ауксина.
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 ауксинa.
Растенията също произвеждат хормон против разклонения, наречен ABA. 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. Нарича се xerobranching (нулево разклоняване).
Силата на цветята
Проучването установява 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, като затварят микропорите по повърхността си. Затварянето също се задейства от ABA хормона. По същия начин в корените ABA намалява загубата на вода чрез затваряне на нанопори, наречени плазмодесми.
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 кресонът идва от централноазиатските умерени региони. Това предполага, че нулевото разклоняване е често срещана черта при цъфтящите растения, които са с над 200 милиона години по-млади от нецъфтящите растения като папратите.
Корените от папрати, рано еволюиращи видове сухоземни растения, не реагират на водата по този начин. Корените им растат по-равномерно. Това предполага, че цъфтящите видове се адаптират по-добре към водния стрес, отколкото по-ранните сухоземни растения като папратите.
Цъфтящите растения могат да колонизират по-широк кръг от екосистеми и среди, отколкото нецъфтящите видове. Като се имат предвид бързите промени в моделите на валежите по целия свят, способността на растенията да усещат и да се адаптират към широк спектър от условия на почвена влага сега е по-важна от всякога.
Автори: Малкълм Бенет, професор по растителни науки, Университет на Нотингам, и Пунам Мехра, постдокторант по бионауки, Университет на Нотингам
Източник: The Conversation
