식물은 대다수를 식민지화 지구 표면의. 그렇다면 이들의 성공 비결은 무엇일까요?
사람들은 종종 식물을 단순하고 무의미한 생명체로 생각합니다. 그들은 한 곳에 뿌리를 두고 살지만 과학자들이 식물에 대해 더 많이 알아갈수록 더 복잡하고 반응이 빠른 우리는 그들이 있다는 것을 알고 있습니다. 그들은 지역 조건에 잘 적응합니다. 식물은 자신이 발아하는 곳 가까이에 있는 것을 최대한 활용하는 전문가입니다.
식물 생명의 복잡성에 대해 배우는 것은 사람들에게 경이로움을 불러일으키는 것 이상입니다. 식물을 연구하는 것은 또한 우리는 여전히 농작물을 재배할 수 있습니다 미래에는 기후 변화로 인해 우리의 날씨가 점점 더 극심해집니다.
환경 신호는 식물의 성장과 발달을 형성합니다. 예를 들어, 많은 식물이 사용하는 큐로서의 하루 길이 개화를 유발합니다. 식물의 숨겨진 반쪽인 뿌리도 주변 환경의 신호를 사용하여 모양이 물과 영양분을 찾는 데 최적화되어 있는지 확인합니다.
뿌리는 모양을 적응시켜 가뭄과 같은 스트레스로부터 식물을 보호합니다. 표면적, 예를 들어) 더 많은 물을 찾으려면. 그러나 최근까지 우리는 뿌리가 주변 토양에서 물을 사용할 수 있는지 여부를 감지하는 방법을 이해하지 못했습니다.
물은 지구상에서 가장 중요한 분자입니다. 너무 많거나 너무 적으면 생태계가 파괴될 수 있습니다. (최근에 유럽과 동아프리카에서 보듯이) 기후 변화의 파괴적인 영향은 홍수와 가뭄 모두 더 흔함. 이후 기후 변화 is 강우 패턴 만들기 점점 더 불규칙해지고, 식물이 어떻게 반응하는지 배웁니다. 물 부족 작물의 탄력성을 높이는 데 필수적입니다.
식물 및 토양 과학자 및 수학자 팀 최근에 발견 된 방법 식물 뿌리 물 흡수를 최대화하기 위해 모양을 조정하십시오. 뿌리는 보통 수평으로 가지를 친다. 그러나 그들은 물과의 접촉이 끊어지면(예: 토양의 공기가 채워진 틈을 통해 자라는 경우) 가지치기를 멈추고 뿌리는 축축한 토양과 다시 연결될 때만 가지를 재개합니다.
우리 팀은 식물이 수력 신호 에 대한 응답으로 뿌리 분기 위치를 관리합니다. 물 이용 토양에.
Hydrosignalling은 수분 수준을 직접 측정하는 것이 아니라 식물 내에서 물과 함께 이동하는 다른 용해성 분자를 감지하여 식물이 물이 있는 위치를 감지하는 방식입니다. 이것은 (달리 동물 세포) 식물 세포는 서로 연결되어 있습니다. 작은 모공으로.
이러한 기공은 물과 용해성 작은 분자(호르몬 포함)가 뿌리 세포와 조직. 식물 뿌리가 물을 흡수하면 가장 바깥쪽 표피 세포를 통과합니다.
외부 뿌리 세포에는 또한 옥신이라는 가지를 촉진하는 호르몬. 수분 흡수는 옥신을 내부 뿌리 조직으로 동원하여 가지를 촉발합니다. 외부에서 더 이상 물을 사용할 수 없는 경우, 예를 들어 뿌리가 공기로 채워진 틈을 통해 자랄 때 뿌리 끝이 자라려면 여전히 물이 필요합니다.
따라서 뿌리가 토양에서 물을 흡수할 수 없으면 뿌리 깊숙이 있는 자신의 정맥에서 나오는 물에 의존해야 합니다. 이것은 물의 이동 방향을 변경하여 이제 바깥쪽으로 이동하게 하여 분기 호르몬인 옥신의 흐름을 방해합니다.
식물은 또한 ABA라고 불리는 분지 방지 호르몬 뿌리 정맥에서. ABA도 옥신과 반대 방향으로 물의 흐름과 함께 움직입니다. 따라서 뿌리가 식물의 잎맥에서 물을 빨아들일 때 뿌리는 또한 가지를 뻗지 않는 호르몬을 자신 쪽으로 끌어당깁니다.
ABA는 뿌리 세포를 연결하는 모든 작은 구멍을 닫음으로써 뿌리 가지를 멈춥니다. 배의 방폭문과 비슷합니다. 이것은 뿌리 세포를 서로 봉인하고 옥신이 물과 함께 자유롭게 이동하는 것을 막아 뿌리 가지를 차단합니다. 이 간단한 시스템을 통해 식물 뿌리는 지역의 물 조건에 맞게 모양을 미세 조정할 수 있습니다. 그것은 xerobranching이라고 함 (zerobranching으로 발음).
우리의 연구는 또한 식물의 뿌리가 그것의 새싹과 같이 수분 손실을 줄이기 위해 유사한 시스템을 사용한다는 것을 발견했습니다. 잎은 수분 손실을 막습니다. 표면의 기공이라고 불리는 미세 기공을 닫음으로써 가뭄 조건에서. Stomata 폐쇄는 또한 ABA 호르몬에 의해 유발됩니다. 마찬가지로 뿌리에서 ABA는 감소합니다. 물 손실 모든 뿌리 세포를 함께 연결하는 plasmodesmata라고 불리는 나노 기공을 닫음으로써.
토마토, 유채과의 야채, 옥수수, 밀, 보리의 뿌리는 서로 다른 토양과 기후에서 진화했음에도 불구하고 모두 이러한 방식으로 수분에 반응합니다. 예를 들어, 남미 사막이 원산지인 토마토, 동안 유채과의 야채 중앙아시아 온대지방에서 온다. 이것은 xerobranching이 양치류와 같은 꽃이 피지 않는 식물보다 200억년 이상 어린 꽃 피는 식물의 일반적인 특성임을 시사합니다.
초기에 진화하는 육상 식물 종인 양치류의 뿌리는 이런 식으로 물에 반응하지 않습니다. 그들의 뿌리는 더 균일하게 자랍니다. 이것은 꽃이 피는 종이 더 잘 적응한다는 것을 암시합니다. 물 고사리와 같은 초기 육상 식물보다 스트레스.
꽃이 피는 식물은 꽃이 피지 않는 종보다 더 넓은 범위의 생태계와 환경을 식민지화할 수 있습니다. 전 세계적으로 강우 패턴의 급격한 변화를 감안할 때, 식물 광범위한 토양 수분 조건을 감지하고 적응하는 것이 그 어느 때보다 중요합니다.