Plante het die oorgrote meerderheid gekoloniseer het van die aarde se oppervlak. So wat is die sleutel tot hul sukses?
Mense dink dikwels aan plante as eenvoudige, sinnelose lewensvorme. Hulle leef dalk op een plek gewortel, maar hoe meer wetenskaplikes van plante leer, hoe meer kompleks en reageer ons besef hulle is. Hulle pas uitstekend by plaaslike toestande aan. Plante is spesialiste en maak die meeste uit wat naby is waar hulle ontkiem.
Om te leer oor die ingewikkeldhede van plantlewe gaan egter oor meer as om verwondering by mense te inspireer. Om plante te bestudeer gaan ook daaroor om seker te maak ons kan nog gewasse verbou in die toekoms namate klimaatsverandering ons weer al hoe meer ekstreem maak.
Omgewingsseine vorm die groei en ontwikkeling van plante. Byvoorbeeld, baie plante gebruik daglengte as die aanduiding om blom te veroorsaak. Die versteekte helfte van plante, die wortels, gebruik ook tekens van hul omgewing om te verseker dat hul vorm geoptimaliseer is om vir water en voedingstowwe te soek.
Wortels beskerm hul plante teen spanning soos droogte deur hul vorm aan te pas (vertakte om hul oppervlakte, byvoorbeeld) om meer water te vind. Maar tot onlangs het ons nie verstaan hoe wortels aanvoel of water in die omliggende grond beskikbaar is nie.
Water is die belangrikste molekule op aarde. Te veel of te min kan 'n ekosisteem vernietig. Die verwoestende impak van klimaatsverandering (soos onlangs gesien in Europa en Oos-Afrika) maak beide vloede en droogtes meer algemeen. sedert klimaatverandering is reënvalpatrone te maak toenemend wisselvallig, leer hoe plante reageer op water tekort is noodsaaklik om gewasse meer veerkragtig te maak.
Ons span plant- en grondkundiges en wiskundiges Onlangs ontdek hoe plantwortels pas hul vorm aan om wateropname te maksimeer. Wortels vertak gewoonlik horisontaal. Maar hulle onderbreek vertakking wanneer hulle kontak met water verloor (soos om deur 'n luggevulde gaping in die grond te groei) en wortels hervat eers vertakking sodra hulle weer met klam grond verbind word.
Ons span het gevind dat plante 'n stelsel gebruik genaamd hidrosignalering om te bestuur waar wortels vertak in reaksie op die beskikbaarheid van water in die grond.
Hidrosignalering is die manier waarop plante aanvoel waar water is, nie deur direk vogvlakke te meet nie, maar deur ander oplosbare molekules te waarneem wat saam met die water binne plante beweeg. Dit is slegs moontlik omdat (anders as dierselle) plantselle is aan mekaar verbind deur klein porieë.
Hierdie porieë stel water en klein oplosbare molekules (insluitend hormone) in staat om tussenin saam te beweeg wortel selle en weefsels. Wanneer water deur die plantwortel opgeneem word, beweeg dit deur die buitenste epidermale selle.
Die buitenste wortelselle bevat ook 'n hormoon wat vertakking bevorder, genoem ouksien. Wateropname veroorsaak vertakking deur ouksien na binneste wortelweefsels te mobiliseer. Wanneer water nie meer ekstern beskikbaar is nie, sê wanneer 'n wortel deur 'n luggevulde gaping groei, het die wortelpunt nog water nodig om te groei.
Wanneer wortels dus nie water uit die grond kan inneem nie, moet hulle staatmaak op water uit hul eie are diep in die wortel. Dit verander die rigting van waterbeweging, sodat dit nou uitwaarts beweeg, wat die vloei van die vertakkende hormoon ouksien ontwrig.
Die plant maak ook 'n anti-vertakte hormoon genaamd ABA in sy wortelare. ABA beweeg ook met die vloei van water, in die teenoorgestelde rigting as ouksien. Wanneer die wortels dus op water uit die plante se are aftrek, trek die wortels ook die anti-vertakkingshormoon na hulle toe.
ABA stop wortelvertakking deur al die klein porieë wat wortelselle verbind - 'n bietjie soos ontploffingsdeure op 'n skip toe te maak. Dit verseël wortelselle van mekaar af en keer dat ouksien vrylik met water beweeg, wat wortelvertakking blokkeer. Hierdie eenvoudige stelsel laat plantwortels toe om hul vorm fyn in te stel by plaaslike watertoestande. Dit is xerobranching genoem (uitgespreek zerobranching).
Ons studie het ook bevind dat 'n plant se wortels 'n soortgelyke stelsel gebruik om waterverlies as sy lote te verminder. Blare stop waterverlies tydens droogtetoestande deur mikro-porieë wat huidmondjies genoem word op hul oppervlaktes toe te maak. Stomata-sluiting word ook veroorsaak deur die ABA-hormoon. Net so, in wortels verminder ABA waterverlies deur nano-porieë genaamd plasmodesmata te sluit wat elke wortelsel met mekaar verbind.
Wortels van tamatie, dalkers, mielies, koring en gars reageer almal op hierdie manier op vog, ten spyte daarvan dat dit in verskillende gronde en klimate ontwikkel. Byvoorbeeld, tamaties het in 'n Suid-Amerikaanse woestyn ontstaan, terwyl thale kers kom uit Sentraal-Asiatiese gematigde streke. Dit dui daarop dat xerobranching 'n algemene eienskap in blomplante is, wat meer as 200 miljoen jaar jonger is as nie-blommende plante soos varings.
Wortels van varings, 'n vroeë ontwikkelende landplantspesie, reageer nie op hierdie manier op water nie. Hul wortels groei meer eenvormig. Dit dui daarop dat blomspesies beter aanpas by water stres as vroeëre landplante soos varings.
Blomplante kan 'n wyer reeks ekosisteme en omgewings koloniseer as nie-blom spesies. Gegewe die vinnige veranderinge in reënvalpatrone regoor die wêreld, die vermoë van plante om 'n wye reeks grondvogtoestande aan te voel en aan te pas, is nou belangriker as ooit.