მცენარეები აქვთ აბსოლუტური უმრავლესობის კოლონიზაცია მოახდინა დედამიწის ზედაპირიდან. მაშ რა არის მათი წარმატების გასაღები?
ადამიანები ხშირად ფიქრობენ მცენარეებზე, როგორც უბრალო, უაზრო ცხოვრების ფორმებად. ისინი შეიძლება ერთ ადგილას ფესვიანად ცხოვრობდნენ, მაგრამ რაც უფრო მეტს სწავლობენ მეცნიერები მცენარეების შესახებ, მით უფრო რთული და საპასუხო ჩვენ ვხვდებით, რომ ისინი არიან. ისინი შესანიშნავად ერგებიან ადგილობრივ პირობებს. მცენარეები არიან სპეციალისტები, რომლებიც მაქსიმალურად სარგებლობენ იმით, რაც ახლოს არის, სადაც ისინი აღმოცენდებიან.
მცენარის ცხოვრების სირთულეების შესახებ სწავლა უფრო მეტია, ვიდრე ადამიანებში საოცრება. მცენარეების შესწავლა ასევე დარწმუნდება ჩვენ ჯერ კიდევ შეგვიძლია მოსავლის მოყვანა მომავალში, რადგან კლიმატის ცვლილება ჩვენს ამინდს სულ უფრო ექსტრემალურს ხდის.
გარემოს სიგნალები აყალიბებს მცენარეების ზრდას და განვითარებას. მაგალითად, ბევრი მცენარე იყენებს დღის ხანგრძლივობა, როგორც ნიშანი ყვავილობის გასააქტიურებლად. მცენარეების ფარული ნახევარი, ფესვები, ასევე იყენებს ნიშნებს გარემოდან, რათა უზრუნველყონ მათი ფორმის ოპტიმიზაცია წყლისა და საკვები ნივთიერებების მოსაპოვებლად.
ფესვები იცავს მათ მცენარეებს სტრესისგან, როგორიცაა გვალვა, მათი ფორმის ადაპტაციით (განტოტება მათი გაზრდის მიზნით. ზედაპირის ფართობიმაგალითად) მეტი წყლის მოსაძებნად. მაგრამ ბოლო დრომდე ჩვენ არ გვესმოდა, როგორ გრძნობენ ფესვები, არის თუ არა წყალი მიმდებარე ნიადაგში.
წყალი დედამიწაზე ყველაზე მნიშვნელოვანი მოლეკულაა. ძალიან ბევრმა ან ძალიან ცოტამ შეიძლება გაანადგუროს ეკოსისტემა. კლიმატის ცვლილების დამანგრეველი გავლენა (როგორც ახლახანს ვნახეთ ევროპასა და აღმოსავლეთ აფრიკაში) ახდენს წყალდიდობაც და გვალვაც უფრო ხშირია. მას შემდეგ, რაც კლიმატის ცვლილება is წვიმის ნიმუშების დამზადება სულ უფრო არასტაბილური, სწავლობს, თუ როგორ რეაგირებენ მცენარეები წყლის ნაკლებობა სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია კულტურების უფრო გამძლეობისთვის.
ჩვენი მცენარეთა და ნიადაგის მეცნიერთა და მათემატიკოსთა გუნდი ცოტა ხნის წინ აღმოაჩინეს როგორ მცენარის ფესვები მათი ფორმის ადაპტირება წყლის მაქსიმალური ათვისების მიზნით. ფესვები ჩვეულებრივ განშტოება ჰორიზონტალურად. მაგრამ ისინი აჩერებენ განშტოებას, როდესაც კარგავენ კონტაქტს წყალთან (როგორიცაა იზრდება ჰაერით სავსე უფსკრული ნიადაგში) და ფესვები განაახლებს განშტოებას მხოლოდ მას შემდეგ, რაც ხელახლა დაუკავშირდებიან ტენიან ნიადაგს.
ჩვენმა გუნდმა აღმოაჩინა, რომ მცენარეები იყენებენ სისტემას ე.წ ჰიდროსიგნალიზაცია საპასუხოდ სად განშტოება ფესვები წყლის ხელმისაწვდომობა ნიადაგში.
ჰიდროსიგნალიზაცია მცენარეები გრძნობენ სად არის წყალი, არა უშუალოდ ტენიანობის დონის გაზომვით, არამედ სხვა ხსნადი მოლეკულების შეგრძნებით, რომლებიც მოძრაობენ მცენარეებში წყალთან ერთად. ეს შესაძლებელია მხოლოდ იმიტომ, რომ (განსხვავებით ცხოველთა უჯრედები) მცენარეთა უჯრედები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული პატარა ფორებით.
ეს ფორები საშუალებას აძლევს წყალს და მცირე ხსნად მოლეკულებს (მათ შორის ჰორმონებს) ერთად გადაადგილდნენ root უჯრედები და ქსოვილები. როდესაც მცენარის ფესვი წყალს ითვისებს, ის მოძრაობს ყველაზე გარე ეპიდერმული უჯრედების მეშვეობით.
გარე ფესვის უჯრედები ასევე შეიცავს ა ჰორმონი, რომელიც ხელს უწყობს განშტოებას, რომელსაც ეწოდება აუქსინი. წყლის ათვისება იწვევს განშტოებას აუქსინის მობილიზებით შიდა ფესვის ქსოვილებში. როდესაც წყალი აღარ არის ხელმისაწვდომი გარედან, ვთქვათ, როდესაც ფესვი იზრდება ჰაერით სავსე უფსკრულიდან, ფესვის წვერს ჯერ კიდევ სჭირდება წყალი გასასაზრდელად.
ასე რომ, როდესაც ფესვები ვერ იღებენ წყალს ნიადაგიდან, ისინი უნდა დაეყრდნონ წყალს საკუთარი ვენებიდან ფესვის სიღრმეში. ეს ცვლის წყლის მოძრაობის მიმართულებას, რის გამოც ის ახლა მოძრაობს გარეთ, რაც არღვევს განშტოებული ჰორმონის აუქსინის ნაკადს.
მცენარე ასევე აწარმოებს განშტოების საწინააღმდეგო ჰორმონი, რომელსაც ეწოდება ABA მის ფესვის ძარღვებში. ABA მოძრაობს წყლის ნაკადთან ერთად, აუქსინის საპირისპირო მიმართულებით. ასე რომ, როდესაც ფესვები მცენარის ძარღვებიდან წყალს იშლება, ფესვები ასევე იზიდავს განშტოების საწინააღმდეგო ჰორმონს თავისკენ.
ABA აჩერებს ფესვის განშტოებას ყველა პატარა ფორების დახურვით, რომლებიც აკავშირებს ფესვის უჯრედებს - გემზე აფეთქებული კარების მსგავსი. ეს აშორებს ფესვის უჯრედებს ერთმანეთისგან და აჩერებს აუქსინის თავისუფალ მოძრაობას წყალთან ერთად, ბლოკავს ფესვის განშტოებას. ეს მარტივი სისტემა საშუალებას აძლევს მცენარის ფესვებს კარგად მოარგონ თავიანთი ფორმა ადგილობრივი წყლის პირობებს. ეს არის ქსერობრანშინგს უწოდებენ (გამოხატულია ნულოვანი განშტოება).
ჩვენმა კვლევამ ასევე დაადგინა, რომ მცენარის ფესვები იყენებენ მსგავს სისტემას წყლის დანაკარგის შესამცირებლად, როგორც მისი გასროლაც. ფოთლები აჩერებენ წყლის დაკარგვას გვალვის პირობებში მათ ზედაპირებზე მიკრო-ფორების დახურვით, რომელსაც ეწოდება სტომატები. კუჭის დახურვა ასევე გამოწვეულია ABA ჰორმონით. ანალოგიურად, ფესვებში ABA მცირდება წყლის დაკარგვა ნანო-ფორების დახურვით, რომელსაც ეწოდება პლაზმოდესმატა, რომელიც აკავშირებს ყველა ფესვის უჯრედს ერთმანეთთან.
პომიდვრის, თალის კრესის, სიმინდის, ხორბლისა და ქერის ფესვები ამგვარად რეაგირებს ტენიანობაზე, მიუხედავად იმისა, რომ ის ვითარდება სხვადასხვა ნიადაგსა და კლიმატში. Მაგალითად, პომიდორი წარმოიშვა სამხრეთ ამერიკის უდაბნოში, ხოლო თალე კრესი მოდის ცენტრალური აზიის ზომიერი რეგიონებიდან. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ქსერობრანშირება ჩვეულებრივი მახასიათებელია აყვავებულ მცენარეებში, რომლებიც 200 მილიონ წელზე მეტი ახალგაზრდაა, ვიდრე არაყვავილოვანი მცენარეები, როგორიცაა გვიმრები.
გვიმრების ფესვები, ადრეული განვითარებადი ხმელეთის მცენარეთა სახეობა, არ რეაგირებს წყალზე ამ გზით. მათი ფესვები უფრო ერთნაირად იზრდება. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ აყვავებული სახეობები უკეთესად ეგუებიან წყლის სტრესი ვიდრე ადრე მიწის მცენარეები, როგორიცაა გვიმრები.
აყვავებულ მცენარეებს შეუძლიათ ეკოსისტემებისა და გარემოს უფრო ფართო სპექტრის კოლონიზაცია, ვიდრე არაყვავილოვანი სახეობები. დედამიწის მასშტაბით ნალექის შაბლონების სწრაფი ცვლილებების გათვალისწინებით, უნარი მცენარეთა ნიადაგის ტენიანობის პირობების ფართო სპექტრის შეგრძნება და ადაპტაცია ახლა უფრო მნიშვნელოვანია, ვიდრე ოდესმე.