Растения имеют колонизировали подавляющее большинство поверхности Земли. Так в чем же ключ к их успеху?
Люди часто думают о растениях как о простых, бессмысленных формах жизни. Они могут жить в одном месте, но чем больше ученые узнают о растениях, более сложный и отзывчивый мы понимаем, что они есть. Они прекрасно адаптируются к местным условиям. Растения – специалисты, извлекающие максимальную пользу из того, что находится рядом с местом их прорастания.
Однако изучение тонкостей растительной жизни – это нечто большее, чем просто пробуждение у людей удивления. Изучение растений – это также проверка мы все еще можем выращивать урожай в будущем, поскольку изменение климата сделает нашу погоду все более экстремальной.
Сигналы окружающей среды формируют рост и развитие растений. Например, многие растения используют продолжительность дня как сигнал чтобы вызвать цветение. Скрытая половина растений, корни, также использует знаки окружающей среды, чтобы гарантировать, что их форма оптимизирована для получения воды и питательных веществ.
Корни защищают растения от стрессов, таких как засуха, адаптируя их форму (ветвясь, чтобы увеличить площадь поверхности, например), чтобы найти больше воды. Но до недавнего времени мы не понимали, как корни определяют наличие воды в окружающей почве.
Вода – самая важная молекула на Земле. Слишком много или слишком мало может разрушить экосистему. Разрушительное воздействие изменения климата (как это недавно наблюдалось в Европе и Восточной Африке) делает и наводнения, и засухи встречаются чаще. С изменение климата is создание узоров дождя становится все более хаотичным, изучая, как растения реагируют на недостаток воды имеет жизненно важное значение для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур.
Наша команда учёных и математиков, занимающихся растениями и почвами Недавно обнаруженный КАК корни растений адаптировать их форму для максимального поглощения воды. Корни обычно ветвятся горизонтально. Но они приостанавливают ветвление, когда теряют контакт с водой (например, прорастая через заполненную воздухом щель в почве), а корни возобновляют ветвление только после того, как снова соединяются с влажной почвой.
Наша команда обнаружила, что растения используют систему под названием гидросигнализация управлять тем, где корни разветвляются в ответ на наличие воды в почве.
Гидросигнализация — это способ, которым растения определяют, где находится вода, не путем непосредственного измерения уровня влажности, а путем определения других растворимых молекул, которые движутся вместе с водой внутри растений. Это возможно только потому, что (в отличие от клетки животных) растительные клетки связаны друг с другом по мелким порам.
Эти поры позволяют воде и небольшим растворимым молекулам (включая гормоны) перемещаться между корень клетки и ткани. Когда вода поглощается корнем растения, она проходит через самые внешние клетки эпидермиса.
Наружные клетки корня также содержат гормон, способствующий ветвлению, называемый ауксином. Поглощение воды запускает ветвление за счет мобилизации ауксина внутрь, во внутренние ткани корня. Когда вода больше не доступна извне, например, когда корень прорастает через заполненный воздухом зазор, кончик корня все равно нуждается в воде для роста.
Поэтому, когда корни не могут получать воду из почвы, им приходится полагаться на воду из собственных вен глубоко внутри корня. Это меняет направление движения воды, заставляя ее двигаться наружу, что нарушает поток ауксина, гормона ветвления.
Завод также производит антиветвящийся гормон, называемый АБК в его корневых венах. АБК тоже движется с потоком воды, в направлении, противоположном ауксину. Поэтому, когда корни черпают воду из вен растения, они также притягивают к себе гормон, препятствующий ветвлению.
АБК останавливает ветвление корня, закрывая все мелкие поры, соединяющие клетки корня, — это похоже на взрывозащищенные двери на корабле. Это изолирует клетки корня друг от друга и препятствует свободному перемещению ауксина с водой, блокируя ветвление корня. Эта простая система позволяет корням растений точно адаптировать свою форму к местным водным условиям. Его называется ксероветвлением (произносится как нулевое ветвление).
Наше исследование также показало, что корни растения используют ту же систему для уменьшения потери воды, что и его побеги. Листья останавливают потерю воды в условиях засухи путем закрытия микропор, называемых устьицами, на их поверхности. Закрытие устьиц также вызывается гормоном АБК. Аналогично в корнях АБК снижает потеря воды закрывая нанопоры, называемые плазмодесмами, которые связывают каждую корневую клетку вместе.
Корни томата, кресс-салата, кукурузы, пшеницы и ячменя реагируют на влагу таким же образом, несмотря на то, что развивались в разных почвах и климатических условиях. Например, помидоры родом из пустыни Южной Америки, в то время как кресс-салат происходит из регионов Центральной Азии с умеренным климатом. Это говорит о том, что ксероветвление является общей чертой цветковых растений, которые более чем на 200 миллионов лет моложе нецветковых растений, таких как папоротники.
Корни папоротников, ранних видов наземных растений, не реагируют на воду таким образом. Их корни растут более равномерно. Это говорит о том, что цветущие виды лучше адаптируются к воды стресс, чем более ранние наземные растения, такие как папоротники.
Цветковые растения могут колонизировать более широкий спектр экосистем и сред, чем нецветковые виды. Учитывая быстрые изменения в характере выпадения осадков по всему миру, способность растений Чувствовать и адаптироваться к широкому диапазону условий влажности почвы сейчас важнее, чем когда-либо.