Өсімдіктерде бар басым көпшілігін отарлады жер бетінің. Сонда олардың табысының кілті неде?
Адамдар көбінесе өсімдіктерді қарапайым, мағынасыз тіршілік формалары деп санайды. Олар бір жерде өмір сүре алады, бірақ ғалымдар өсімдіктер туралы көбірек білген сайын, неғұрлым күрделі және жауапты екенін түсінеміз. Олар жергілікті жағдайларға жақсы бейімделеді. Өсімдіктер – олар өніп шығатын жеріне жақын жерді барынша пайдаланатын мамандар.
Өсімдіктер өмірінің қыр-сырын білу адамдарды таң қалдырудан да көп нәрсе. Өсімдіктерді зерттеу де сенімді болуды білдіреді біз әлі де егін өсіре аламыз болашақта климаттың өзгеруі біздің ауа-райымызды одан сайын экстремалды етеді.
Қоршаған ортаның сигналдары өсімдіктердің өсуі мен дамуын қалыптастырады. Мысалы, көптеген өсімдіктер пайдаланады көрсеткіш ретінде күн ұзақтығы гүлденуді бастау үшін. Өсімдіктердің жасырын жартысы, тамырлары, сонымен қатар олардың пішіні су мен қоректік заттарды алу үшін оңтайландырылғанын қамтамасыз ету үшін олардың айналасындағы белгілерді пайдаланады.
Тамырлар өсімдіктерді құрғақшылық сияқты күйзелістерден пішінін бейімдеу арқылы қорғайды бетінің ауданы, мысалы) көбірек су табу үшін. Бірақ таяу уақытқа дейін біз тамырлардың қоршаған топырақта судың бар-жоғын қалай сезетінін түсінбедік.
Су – жер бетіндегі ең маңызды молекула. Тым көп немесе тым аз экожүйені бұзуы мүмкін. Климаттың өзгеруінің жойқын әсері (жақында Еуропа мен Шығыс Африкада байқалғандай). су тасқыны да, құрғақшылық та жиі кездеседі. Өйткені климаттық өзгеріс is жауын-шашын үлгілерін жасау барған сайын тұрақсыз болып, өсімдіктердің реакциясын үйренеді су тапшылығы дақылдарды икемді ету үшін өте маңызды.
Біздің өсімдік және топырақтанушы ғалымдар мен математиктер тобы жақында табылған қалай өсімдік тамырлары суды максималды сіңіру үшін олардың пішінін бейімдеңіз. Тамырлар әдетте көлденең тармақталады. Бірақ олар сумен байланысын жоғалтқан кезде бұтақтануды тоқтатады (мысалы, топырақтағы ауа толтырылған саңылау арқылы өседі) және тамырлар ылғалды топырақпен қайта қосылғаннан кейін ғана тармақталуын жалғастырады.
Біздің топ өсімдіктердің жүйе деп аталатынын анықтады гидросигнализация жауап ретінде тамырлардың қай жерде тармақталуын басқару судың қол жетімділігі топырақта.
Гидросигнализация - бұл өсімдіктердің ылғал деңгейін тікелей өлшеу арқылы емес, өсімдіктердің ішінде сумен бірге қозғалатын басқа еритін молекулаларды сезіну арқылы судың қай жерде екенін сезіну тәсілі. Бұл мүмкін, себебі ( айырмашылығы жануарлардың жасушалары) өсімдік жасушалары бір-бірімен байланысқан ұсақ тесіктер арқылы.
Бұл тесіктер су мен шағын еритін молекулалардың (гормондарды қоса) арасында бірге қозғалуына мүмкіндік береді түбір жасушалар мен ұлпалар. Суды өсімдік тамыры қабылдаған кезде ол ең сыртқы эпидермис жасушалары арқылы өтеді.
Сыртқы түбір жасушаларында да а Ауксин деп аталатын тармақталуына ықпал ететін гормон. Суды сіңіру ауксинді ішкі тамыр ұлпаларына ішке қарай жұмылдыру арқылы тармақталуды тудырады. Сырттан су бұдан былай қолжетімсіз болған кезде, айталық, тамыр ауа толтырылған саңылау арқылы өскенде, тамыр ұшына әлі де су қажет.
Сондықтан тамырлар топырақтан суды ала алмаса, олар тамырдың тереңіндегі өз тамырларының суына сүйенуі керек. Бұл су қозғалысының бағытын өзгертіп, оны енді сыртқа қарай жылжытады, бұл ауксин тармақталу гормонының ағынын бұзады.
Зауыт сонымен қатар жасайды АБА деп аталатын тармақталуға қарсы гормон оның тамыр тамырларында. ABA да су ағынымен ауксинге қарсы бағытта қозғалады. Сондықтан тамырлар өсімдіктердің тамырларынан суды тартып алғанда, тамырлар да тармақталуға қарсы гормонды өздеріне тартады.
ABA тамыр жасушаларын байланыстыратын барлық ұсақ тесіктерді жабу арқылы тамырдың тармақталуын тоқтатады - кемедегі жарылыс есіктері сияқты. Бұл тамыр жасушаларын бір-бірінен ажыратады және ауксиннің сумен еркін қозғалуын тоқтатады, тамырдың тармақталуына кедергі жасайды. Бұл қарапайым жүйе өсімдік тамырларының пішінін жергілікті су жағдайларына дәл келтіруге мүмкіндік береді. Бұл ксеробраншинг деп аталады (айтылған нөлдік тармақтау).
Біздің зерттеуіміз сондай-ақ өсімдіктің тамыры оның өскіндері ретінде су жоғалуын азайту үшін ұқсас жүйені қолданатынын анықтады. Жапырақтары судың жоғалуын тоқтатады құрғақшылық кезінде олардың беттерінде устьица деп аталатын микро-кеуектерді жабу арқылы. Стоматаның жабылуы сонымен қатар ABA гормонының әсерінен болады. Сол сияқты тамырларда ABA төмендейді судың жоғалуы әрбір түбір жасушаларын бір-бірімен байланыстыратын плазмодесма деп аталатын нано-кеуектерді жабу арқылы.
Қызанақ, талшөп, жүгері, бидай және арпаның тамырлары әртүрлі топырақ пен климатта дамитынына қарамастан, ылғалға осылай жауап береді. Мысалға, қызанақ Оңтүстік Америка шөлінде пайда болды, ал тал кресс Орталық Азияның қоңыржай аймақтарынан келеді. Бұл ксеробраншингтің папоротник сияқты гүлдемейтін өсімдіктерге қарағанда 200 миллион жылдан астам жас болатын гүлді өсімдіктерге тән ортақ қасиет екенін көрсетеді.
Ерте дамып келе жатқан жердегі өсімдіктердің папоротниктерінің тамырлары суға осылай жауап бермейді. Олардың тамыры біркелкі өседі. Бұл гүлденетін түрлердің жақсы бейімделетінін көрсетеді су папоротниктер сияқты бұрынғы жердегі өсімдіктерге қарағанда стресс.
Гүлді өсімдіктер гүлденбейтін түрлерге қарағанда кеңірек экожүйелер мен орталарды отарлай алады. Жер шарындағы жауын-шашын үлгілерінің жылдам өзгеруін ескере отырып, мүмкіндігі өсімдіктер топырақтың ылғалдылық жағдайларының кең ауқымын сезіну және бейімделу қазір бұрынғыдан да маңызды.