לצמחים יש יישב את הרוב המכריע של פני כדור הארץ. אז מה המפתח להצלחתם?
לעתים קרובות אנשים חושבים על צמחים כעל צורות חיים פשוטות וחסרות היגיון. הם אולי חיים מושרשים במקום אחד, אבל ככל שמדענים ילמדו יותר על צמחים, המורכבים והמגיבים יותר אנחנו מבינים שהם כן. הם מצוינים בהסתגלות לתנאים המקומיים. צמחים הם מומחים, ומפיקים את המרב ממה שנמצא בקרבת מקום בו הם נובטים.
למידה על המורכבות של חיי הצומח היא יותר מאשר פליאה מעוררת השראה אצל אנשים. לימוד צמחים הוא גם לוודא אנחנו עדיין יכולים לגדל יבולים בעתיד, מכיוון ששינויי האקלים הופכים את מזג האוויר שלנו לקיצוני יותר ויותר.
אותות סביבתיים מעצבים את הצמיחה וההתפתחות של צמחים. לדוגמה, צמחים רבים משתמשים אורך היום בתור הרמז לעורר פריחה. החצי הנסתר של הצמחים, השורשים, משתמשים גם בסימנים מסביבתם כדי להבטיח שצורתם תהיה אופטימלית לחיפוש מים וחומרי מזון.
שורשים מגנים על הצמחים שלהם מפני מתחים כמו בצורת על ידי התאמת צורתם (הסתעפות כדי להגדיל את שטח פנים, למשל) כדי למצוא יותר מים. אבל עד לאחרונה, לא הבנו כיצד שורשים חשים אם מים זמינים באדמה שמסביב.
מים הם המולקולה החשובה ביותר על פני כדור הארץ. יותר מדי או מעט מדי יכולים להרוס מערכת אקולוגית. ההשפעה ההרסנית של שינויי האקלים (כפי שנראו לאחרונה באירופה ובמזרח אפריקה) הולכת וגוברת גם שיטפונות וגם בצורת נפוצים יותר. מאז שינוי האקלים is יצירת דפוסי גשמים יותר ויותר לא יציב, לומד כיצד צמחים מגיבים מחסור במים חיוני להפיכת היבולים לגמישים יותר.
צוות מדעני הצמחים והקרקע והמתמטיקאים שלנו התגלה לאחרונה אֵיך שורשי צמחים להתאים את צורתם כדי למקסם את ספיגת המים. שורשים בדרך כלל מסתעפים אופקית. אבל הם מפסיקים להסתעף כשהם מאבדים מגע עם מים (כגון גידול דרך מרווח מלא באוויר באדמה) והשורשים חוזרים להסתעף רק ברגע שהם מתחברים מחדש לאדמה לחה.
הצוות שלנו מצא שצמחים משתמשים במערכת שנקראת הידרו-סיגנל לנהל היכן מסתעפים השורשים בתגובה זמינות מים באדמה.
הידרוסיגנלינג הוא הדרך שבה צמחים חשים היכן המים נמצאים, לא על ידי מדידת רמות לחות ישירות אלא על ידי חישה של מולקולות מסיסות אחרות שנעות עם המים בתוך הצמחים. זה אפשרי רק בגלל (בניגוד תאי בעלי חיים) תאי צמחים מחוברים זה לזה על ידי נקבוביות קטנות.
הנקבוביות הללו מאפשרות למים ולמולקולות מסיסות קטנות (כולל הורמונים) לנוע יחד ביניהן שורש תאים ורקמות. כאשר מים נספגים על ידי שורש הצמח, הם עוברים דרך תאי האפידרמיס החיצוניים ביותר.
תאי השורש החיצוניים מכילים גם א הורמון המקדם הסתעפות הנקרא אוקסין. ספיגת מים מעוררת הסתעפות על ידי גיוס אוקסין פנימה לרקמות השורש הפנימיות. כאשר מים אינם זמינים יותר מבחוץ, נניח כאשר שורש צומח דרך רווח מלא באוויר, קצה השורש עדיין זקוק למים כדי לגדול.
אז כאשר השורשים אינם יכולים לקלוט מים מהאדמה הם צריכים להסתמך על מים מהוורידים שלהם עמוק בתוך השורש. זה משנה את כיוון תנועת המים, מה שגורם להם כעת לנוע החוצה, מה שמשבש את זרימת ההורמון המסועף אוקסין.
הצמח גם עושה א הורמון אנטי-ענף הנקרא ABA בעורקי השורש שלו. ABA נע עם זרימת המים גם בכיוון ההפוך לאוקסין. אז כשהשורשים מושכים מים מהוורידים של הצמחים, השורשים גם מושכים את ההורמון נגד הסתעפות כלפי עצמם.
ABA מפסיק את הסתעפות השורשים על ידי סגירת כל הנקבוביות הקטנות המחברים בין תאי שורש - קצת כמו דלתות פיצוץ בספינה. זה אוטם תאי שורש זה מזה ומפסיק את תנועת האוקסין בחופשיות עם מים, וחוסם את הסתעפות השורשים. מערכת פשוטה זו מאפשרת לשורשי הצמח להתאים את צורתם לתנאי המים המקומיים. שֶׁלָה שנקרא xerobrenching (מבוטא אפס סניף).
המחקר שלנו מצא גם ששורשי הצמח משתמשים במערכת דומה כדי להפחית את אובדן המים כמו היורים שלו. עלים עוצרים את איבוד המים במהלך תנאי בצורת על ידי סגירת מיקרו נקבוביות הנקראות סטומה על פני השטח שלהן. סגירת סטומטה מופעלת גם על ידי הורמון ABA. באופן דומה, בשורשים ABA מפחית אובדן מים על ידי סגירת ננו-נקבוביות הנקראות פלסמודסמטה המקשרות כל תא שורש יחד.
שורשים של עגבניות, גרגיר תיל, תירס, חיטה ושעורה מגיבים כולם ללחות בצורה זו, למרות ההתפתחות בקרקעות ובאקלים שונים. לדוגמה, מקור העגבניות במדבר בדרום אמריקה, ואילו קרקס תל מגיע מאזורים ממוזגים במרכז אסיה. זה מצביע על כך שקסירונבצ'ינג הוא תכונה נפוצה בצמחים פורחים, הצעירים ביותר ב-200 מיליון שנה מצמחים שאינם פורחים כמו שרכים.
שורשים של שרכים, מין צמחי יבשתי המתפתח מוקדם, אינם מגיבים למים בצורה זו. השורשים שלהם גדלים בצורה אחידה יותר. זה מצביע על כך שמינים פורחים טובים יותר בהסתגלותם מַיִם מתח מאשר צמחי אדמה מוקדמים יותר כמו שרכים.
צמחים פורחים יכולים ליישב מגוון רחב יותר של מערכות אקולוגיות וסביבות מאשר מינים שאינם פורחים. בהתחשב בשינויים המהירים בדפוסי הגשמים ברחבי העולם, היכולת של צמחים לחוש ולהסתגל למגוון רחב של תנאי לחות בקרקע חשוב כעת מתמיד.