Բույսերն ունեն գաղութացրել է ճնշող մեծամասնությունը երկրագնդի մակերեսին։ Այսպիսով, ո՞րն է նրանց հաջողության բանալին:
Մարդիկ հաճախ բույսերի մասին պատկերացնում են որպես կյանքի պարզ, անիմաստ ձևեր: Նրանք կարող են ապրել արմատավորված մի վայրում, բայց որքան շատ գիտնականները սովորեն բույսերի մասին, այնքան ավելի բարդ և պատասխանատու մենք հասկանում ենք, որ նրանք են: Նրանք հիանալի են հարմարվում տեղական պայմաններին: Բույսերը մասնագետներ են, որոնք առավելագույնս օգտագործում են այն, ինչ մոտ է, որտեղ նրանք բողբոջում են:
Բուսական կյանքի բարդությունների մասին սովորելը մարդկանց համար ավելին է, քան զարմանք ներշնչելը: Բույսերի ուսումնասիրությունը նաև համոզվելու համար է մենք դեռ կարող ենք մշակաբույսեր աճեցնել ապագայում, քանի որ կլիմայի փոփոխությունը մեր եղանակը դարձնում է ավելի ծայրահեղ:
Բնապահպանական ազդանշանները ձևավորում են բույսերի աճն ու զարգացումը: Օրինակ, շատ բույսեր օգտագործում են օրվա տեւողությունը որպես նշան ծաղկունքը հրահրելու համար: Բույսերի թաքնված կեսը՝ արմատները, նույնպես օգտագործում են նշաններ իրենց շրջակայքից՝ ապահովելու համար, որ իրենց ձևը օպտիմալացված է ջրի և սննդանյութերի համար:
Արմատները պաշտպանում են իրենց բույսերը այնպիսի սթրեսներից, ինչպիսին է երաշտը, հարմարեցնելով նրանց ձևը (ճյուղավորվելով դրանց մեծացման համար մակերեսը, օրինակ) ավելի շատ ջուր գտնելու համար: Բայց մինչև վերջերս մենք չէինք հասկանում, թե ինչպես են արմատները զգում, թե արդյոք ջուրը հասանելի է շրջակա հողում:
Ջուրը Երկրի վրա ամենակարեւոր մոլեկուլն է։ Շատ կամ շատ քիչ կարող է ոչնչացնել էկոհամակարգը: Կլիմայի փոփոխության կործանարար ազդեցությունը (ինչպես վերջերս նկատվեց Եվրոպայում և Արևելյան Աֆրիկայում) թողնում է և՛ ջրհեղեղները, և՛ երաշտներն ավելի հաճախ են հանդիպում. Քանի որ կլիմայի փոփոխությունը is անձրևի ձևերի պատրաստում գնալով անկանոն՝ սովորելով, թե ինչպես են բույսերը արձագանքում ջրի պակաս կենսական նշանակություն ունի մշակաբույսերն ավելի դիմացկուն դարձնելու համար:
Բույսերի և հողի գիտնականների և մաթեմատիկոսների մեր թիմը վերջերս հայտնաբերված ինչպես բույսերի արմատները հարմարեցնել իրենց ձևը ջրի կլանումը առավելագույնի հասցնելու համար: Արմատները սովորաբար ճյուղավորվում են հորիզոնական: Բայց նրանք դադարեցնում են ճյուղավորումը, երբ կորցնում են կապը ջրի հետ (օրինակ՝ աճում են օդով լցված հողի միջով) և արմատները վերականգնում են ճյուղավորումը միայն խոնավ հողի հետ նորից միանալուց հետո:
Մեր թիմը պարզեց, որ բույսերը օգտագործում են մի համակարգ, որը կոչվում է հիդրոազդանշանային կառավարել, որտեղ արմատները ճյուղավորվում են ի պատասխան ջրի առկայություն հողի մեջ:
Hydrosignalling-ն այն եղանակն է, որը բույսերը զգում են, թե որտեղ է ջուրը, ոչ թե ուղղակիորեն չափելով խոնավության մակարդակը, այլ զգալով այլ լուծելի մոլեկուլները, որոնք շարժվում են բույսերի ջրի հետ միասին: Սա հնարավոր է միայն այն պատճառով, որ (ի տարբերություն կենդանիների բջիջները) բույսերի բջիջները կապված են միմյանց հետ փոքր ծակոտիներով.
Այս ծակոտիները ջրի և փոքր լուծվող մոլեկուլների (ներառյալ հորմոնների) հնարավորություն են տալիս միասին շարժվել միմյանց միջև արմատ բջիջները և հյուսվածքները. Երբ ջուրը կլանում է բույսի արմատը, այն անցնում է ամենաարտաքին էպիդերմիսի բջիջներով:
Արտաքին արմատային բջիջները նույնպես պարունակում են ա հորմոն, որը խթանում է ճյուղավորումը, որը կոչվում է աուկին. Ջրի կլանումը հրահրում է ճյուղավորումը՝ մոբիլիզացնելով էքսինը դեպի ներքին արմատային հյուսվածքները: Երբ ջուրն այլևս հասանելի չէ արտաքինից, ասենք, երբ արմատը աճում է օդով լցված բացվածքի միջով, արմատի ծայրին դեռ ջուր է պետք աճելու համար:
Այսպիսով, երբ արմատները չեն կարողանում հողից ջուր վերցնել, նրանք պետք է ապավինեն արմատի խորքում գտնվող իրենց երակների ջրին: Սա փոխում է ջրի շարժման ուղղությունը՝ ստիպելով այն այժմ շարժվել դեպի դուրս, ինչը խաթարում է ճյուղավորվող հորմոնի ավքսինի հոսքը:
Գործարանը պատրաստում է նաև ան հակաճյուղային հորմոն, որը կոչվում է ABA իր արմատային երակներում։ ABA-ն նույնպես շարժվում է ջրի հոսքի հետ՝ ավքսինին հակառակ ուղղությամբ: Այսպիսով, երբ արմատները ջուր են քաշում բույսերի երակներից, արմատները նաև դեպի իրենց են քաշում հակաճյուղային հորմոնը:
ABA-ն դադարեցնում է արմատների ճյուղավորումը՝ փակելով բոլոր փոքր ծակոտիները, որոնք կապում են արմատային բջիջները՝ մի փոքր նման է նավի դռների պայթեցմանը: Սա անջատում է արմատային բջիջները միմյանցից և դադարեցնում է օքսինի ազատ տեղաշարժը ջրի հետ՝ արգելափակելով արմատների ճյուղավորումը: Այս պարզ համակարգը թույլ է տալիս բույսերի արմատներին համապատասխանեցնել իրենց ձևը տեղական ջրի պայմաններին: Դա է կոչվում է xerobranching (արտասանվում է զրոյական ճյուղավորում):
Մեր ուսումնասիրությունը նաև պարզեց, որ բույսի արմատները օգտագործում են նմանատիպ համակարգ՝ ջրի կորուստը նվազեցնելու համար, ինչպես նրա կադրերը: Տերևները դադարեցնում են ջրի կորուստը երաշտի ժամանակ՝ փակելով միկրոծակոտիները, որոնք կոչվում են ստոմատներ իրենց մակերեսների վրա: Ստոմատների փակումը նույնպես հրահրում է ABA հորմոնը: Նմանապես, արմատներում ABA-ն նվազում է ջրի կորուստ փակելով պլազմոդեզմատա կոչվող նանո ծակոտիները, որոնք կապում են յուրաքանչյուր արմատային բջիջը:
Լոլիկից, թալի քրեսից, եգիպտացորենից, ցորենից և գարուց արմատները այս կերպ արձագանքում են խոնավությանը, չնայած տարբեր հողերում և կլիմայական պայմաններում զարգանում են: Օրինակ, լոլիկն առաջացել է հարավամերիկյան անապատում, մինչդեռ thale cress գալիս է Կենտրոնական Ասիայի բարեխառն շրջաններից։ Սա ենթադրում է, որ քսերոբրանգավորումը սովորական հատկանիշ է ծաղկող բույսերի համար, որոնք ավելի քան 200 միլիոն տարով երիտասարդ են, քան ոչ ծաղկող բույսերը, ինչպիսիք են պտերերը:
Պտերների արմատները, վաղ զարգացող ցամաքային բույսերի տեսակներ, չեն արձագանքում ջրին այս կերպ: Նրանց արմատները ավելի միատեսակ են աճում։ Սա ցույց է տալիս, որ ծաղկող տեսակները ավելի լավ են հարմարվում ջուր սթրես, քան ավելի վաղ ցամաքային բույսերը, ինչպիսիք են պտերերը:
Ծաղկող բույսերը կարող են գաղութացնել էկոհամակարգերի և միջավայրերի ավելի լայն շրջանակ, քան ոչ ծաղկող տեսակները: Հաշվի առնելով տեղումների արագ փոփոխություններն ամբողջ աշխարհում, կարողությունը բույսերի զգալ և հարմարվել հողի խոնավության պայմանների լայն շրջանակին այժմ ավելի կարևոր է, քան երբևէ: