Augalai turi kolonizavo didžiąją daugumą Žemės paviršiaus. Taigi, kas yra jų sėkmės raktas?
Žmonės dažnai galvoja apie augalus kaip apie paprastas, beprasmiškas gyvybės formas. Jie gali gyventi įsišakniję vienoje vietoje, bet kuo daugiau mokslininkų sužino apie augalus, tuo sudėtingesnis ir jautresnis mes suprantame, kad jie yra. Jie puikiai prisitaiko prie vietinių sąlygų. Augalai yra specialistai, maksimaliai išnaudojantys tai, kas yra šalia jų dygimo vietos.
Tačiau mokymasis apie augalų gyvenimo subtilybes yra daugiau nei žmonių nuostabos įkvėpimas. Augalų tyrinėjimas taip pat yra įsitikinimas mes dar galime auginti javus ateityje, nes dėl klimato kaitos mūsų orai tampa vis ekstremalesni.
Aplinkos signalai formuoja augalų augimą ir vystymąsi. Pavyzdžiui, daugelis augalų naudoja dienos ilgis kaip užuomina sukelti žydėjimą. Paslėptoji augalų pusė, šaknys, taip pat naudoja ženklus iš aplinkinių, kad užtikrintų, jog jų forma būtų optimali, kad gautų vandens ir maistinių medžiagų.
Šaknys apsaugo savo augalus nuo streso, pvz., sausros, pritaikydamos jų formą (išsišakodamos, kad padidėtų paviršiaus plotaspavyzdžiui), norėdami rasti daugiau vandens. Tačiau iki šiol nesupratome, kaip šaknys jaučia, ar aplinkiniame dirvožemyje yra vandens.
Vanduo yra svarbiausia molekulė Žemėje. Per daug arba per mažai gali sunaikinti ekosistemą. Klimato kaita daro niokojantį poveikį (kaip neseniai buvo pastebėta Europoje ir Rytų Afrikoje). dažnesni ir potvyniai, ir sausros. Nuo klimato kaita is sudaryti kritulių modelius vis nepastovesnis, mokantis, kaip augalai reaguoja vandens trūkumas yra gyvybiškai svarbus norint, kad pasėliai būtų atsparesni.
Mūsų augalų ir dirvožemio mokslininkų bei matematikų komanda neseniai atrado kaip augalų šaknys pritaikyti jų formą, kad maksimaliai sugertų vandenį. Šaknys paprastai šakojasi horizontaliai. Tačiau jie pristabdo šakotumą, kai praranda ryšį su vandeniu (pvz., auga per oro užpildytą tarpą dirvoje), o šaknys atnaujina šakotis tik tada, kai vėl susijungia su drėgna žeme.
Mūsų komanda nustatė, kad augalai naudoja sistemą, vadinamą hidrosignalizacijos valdyti, kur šaknys šakojasi reaguojant į vandens prieinamumas dirvožemyje.
Hidrosignalizavimas – tai būdas, kuriuo augalai pajunta, kur yra vanduo, ne tiesiogiai matuodami drėgmės lygį, o jausdami kitas tirpias molekules, judančias kartu su vandeniu augaluose. Tai įmanoma tik todėl, kad (skirtingai nei gyvūnų ląstelės) augalų ląstelės yra sujungtos viena su kita mažomis poromis.
Šios poros leidžia vandeniui ir mažoms tirpioms molekulėms (įskaitant hormonus) judėti kartu šaknis ląstelės ir audiniai. Kai vandenį pasiima augalo šaknis, jis keliauja per atokiausias epidermio ląsteles.
Išorinėse šaknų ląstelėse taip pat yra a Hormonas, skatinantis šakojimąsi, vadinamas auksinu. Vandens įsisavinimas sukelia šakojimąsi mobilizuodamas auksiną į vidinius šaknų audinius. Kai išoriškai vandens nebėra, tarkime, kai šaknis išauga per oro užpildytą tarpą, šaknies galiukui augti vis tiek reikia vandens.
Taigi, kai šaknys negali paimti vandens iš dirvožemio, jos turi pasikliauti vandeniu iš savo gyslų giliai šaknies viduje. Tai pakeičia vandens judėjimo kryptį, todėl dabar jis juda į išorę, o tai sutrikdo išsišakojusio hormono auksino tekėjimą.
Augalas taip pat daro an anti-išsišakojimas hormonas, vadinamas ABA jo šaknų gyslose. ABA taip pat juda kartu su vandens srautu, priešinga auksinui kryptimi. Taigi, kai šaknys patenka į vandenį iš augalų gyslų, šaknys taip pat traukia į save anti-išsišakojimą hormoną.
ABA sustabdo šaknų išsišakojimą uždarydama visas mažas poras, jungiančias šaknų ląsteles – šiek tiek panašiai kaip laivo sprogdinimo durys. Tai užsandarina šaknų ląsteles viena nuo kitos ir sustabdo auksino laisvą judėjimą su vandeniu, blokuodamas šaknų išsišakojimą. Ši paprasta sistema leidžia augalų šaknims tiksliai suderinti savo formą pagal vietines vandens sąlygas. tai vadinamas xerobranching (tariamas zerobranching).
Mūsų tyrimas taip pat nustatė, kad augalų šaknys naudoja panašią sistemą, kad sumažintų vandens praradimą kaip ir jo ūgliai. Lapai sustabdo vandens praradimą sausros sąlygomis jų paviršiuose uždarant mikroporas, vadinamas stomatomis. Stomatų uždarymą taip pat sukelia ABA hormonas. Panašiai šaknyse ABA sumažėja vandens praradimas uždarant nanoporas, vadinamas plazmodesmatomis, kurios sujungia visas šaknies ląsteles.
Nežiūrint į skirtingą dirvožemį ir skirtingą klimatą, pomidorų šaknys, gelsvės, kukurūzai, kviečiai ir miežiai taip reaguoja į drėgmę. Pavyzdžiui, pomidorai kilę iš Pietų Amerikos dykumos, kadangi gelsvieji kresai kilęs iš Vidurio Azijos vidutinio klimato regionų. Tai rodo, kad kserošakės yra įprastas žydinčių augalų, kurie yra daugiau nei 200 milijonų metų jaunesni už nežydinčius augalus, pavyzdžiui, paparčius, bruožas.
Paparčių šaknys, anksti besivystančios sausumos augalų rūšys, tokiu būdu nereaguoja į vandenį. Jų šaknys auga tolygiau. Tai rodo, kad žydinčios rūšys geriau prisitaiko vanduo streso nei ankstesni žemės augalai, pavyzdžiui, paparčiai.
Žydintys augalai gali kolonizuoti platesnį ekosistemų ir aplinkos spektrą nei nežydinčios rūšys. Atsižvelgiant į sparčius kritulių modelių pokyčius visame pasaulyje, gebėjimas augalai Jausti ir prisitaikyti prie įvairių dirvožemio drėgmės sąlygų dabar yra svarbiau nei bet kada.