As plantas teñen colonizou a gran maioría da superficie terrestre. Entón, cal é a clave do seu éxito?
A xente adoita pensar que as plantas son formas de vida simples e sen sentido. Poden vivir enraizadas nun só lugar, pero cantos máis científicos aprendan sobre as plantas, canto máis complexo e sensible decatámonos de que o son. Son excelentes para adaptarse ás condicións locais. As plantas son especialistas, aproveitando ao máximo o que está preto de onde xerminan.
Aprender sobre as complejidades da vida vexetal é algo máis que inspirar a marabilla nas persoas. Estudar plantas tamén é asegurarse aínda podemos cultivar no futuro xa que o cambio climático fai que o noso tempo sexa cada vez máis extremo.
Os sinais ambientais configuran o crecemento e desenvolvemento das plantas. Por exemplo, moitas plantas usan duración do día como indicación para desencadenar a floración. A metade oculta das plantas, as raíces, tamén usan sinais da súa contorna para garantir que a súa forma estea optimizada para buscar auga e nutrientes.
As raíces protexen as súas plantas de estrés como a seca adaptando a súa forma (ramificación para aumentar a súa superficie, por exemplo) para atopar máis auga. Pero ata hai pouco, non entendiamos como as raíces perciben se hai auga dispoñible no chan circundante.
A auga é a molécula máis importante da Terra. Demasiado ou pouco pode destruír un ecosistema. O impacto devastador do cambio climático (como se viu recentemente en Europa e África oriental) está a producir tanto as inundacións como as secas máis frecuentes. Desde entón cambio climático is facendo patróns de precipitacións cada vez máis errático, aprendendo como responden as plantas escaseza de auga é vital para que os cultivos sexan máis resistentes.
O noso equipo de científicos e matemáticos de plantas e solos descuberto recentemente como raíces das plantas adaptar a súa forma para maximizar a absorción de auga. As raíces normalmente ramifican horizontalmente. Pero deixan de ramificarse cando perden o contacto coa auga (como crecer a través dun oco cheo de aire no chan) e as raíces só retoman a ramificación unha vez que se reconectan co chan húmido.
O noso equipo descubriu que as plantas usan un sistema chamado hidroseñalización para xestionar onde se ramifican as raíces en resposta a dispoñibilidade de auga no chan.
A hidroseñalización é a forma en que as plantas perciben onde está a auga, non medindo directamente os niveis de humidade senón detectando outras moléculas solubles que se moven coa auga dentro das plantas. Isto só é posible porque (a diferenza de células animais) as células vexetais están conectadas entre si por pequenos poros.
Estes poros permiten que a auga e as pequenas moléculas solubles (incluídas as hormonas) se movan entre elas raíz células e tecidos. Cando a raíz da planta absorbe auga, atravesa as células epidérmicas máis externas.
As células radiculares externas tamén conteñen a hormona que favorece a ramificación chamada auxina. A absorción de auga desencadea a ramificación mobilizando auxinas cara ao interior aos tecidos radiculares internos. Cando a auga xa non está dispoñible externamente, por exemplo, cando unha raíz crece a través dun oco cheo de aire, a punta da raíz aínda necesita auga para crecer.
Entón, cando as raíces non poden tomar auga do chan, teñen que depender da auga das súas propias veas no fondo da raíz. Isto cambia a dirección do movemento da auga, facendo que agora se mova cara a fóra, o que interrompe o fluxo da hormona ramificada auxina.
A planta tamén fai un hormona anti-ramificación chamada ABA nas súas veas radiculares. O ABA tamén se move co fluxo de auga, na dirección oposta á auxina. Entón, cando as raíces atraen a auga das veas das plantas, as raíces tamén atraen a hormona antiramificación cara a si mesmas.
O ABA detén a ramificación das raíces pechando todos os pequenos poros que conectan as células da raíz, un pouco como as portas de explosión dun barco. Isto sela as células da raíz entre si e impide que a auxina se mova libremente coa auga, bloqueando a ramificación da raíz. Este sistema sinxelo permite que as raíces das plantas axusten a súa forma ás condicións locais da auga. É denominada xeroramificación (pronúnciase ramificación cero).
O noso estudo tamén descubriu que as raíces dunha planta usan un sistema similar para reducir a perda de auga que os seus brotes. As follas paran a perda de auga durante as condicións de seca pechando microporos chamados estomas nas súas superficies. O peche dos estomas tamén é desencadeado pola hormona ABA. Do mesmo xeito, nas raíces o ABA redúcese perda de auga pechando nanoporos chamados plasmodesmos que unen todas as células da raíz.
As raíces do tomate, o berro, o millo, o trigo e a cebada responden á humidade deste xeito, a pesar de evolucionar en diferentes solos e climas. Por exemplo, os tomates orixináronse nun deserto sudamericano, mentres que berro de tale procede de rexións temperadas de Asia central. Isto suxire que a xeroramificación é un trazo común nas plantas con flores, que son máis de 200 millóns de anos máis novas que as plantas sen flores como os fentos.
As raíces dos fentos, unha especie de plantas terrestres de evolución temperá, non responden á auga deste xeito. As súas raíces crecen de forma máis uniforme. Isto suxire que as especies con flores se adaptan mellor auga estrés que as plantas terrestres anteriores como os fentos.
As plantas con flores poden colonizar unha gama máis ampla de ecosistemas e ambientes que as especies sen flores. Dados os rápidos cambios nos patróns de precipitacións en todo o mundo, a capacidade de plantas sentir e adaptarse a unha ampla gama de condicións de humidade do solo é máis importante agora que nunca.