植物は持っています 大多数を植民地化した 地球の表面の。 では、彼らの成功の鍵は何でしょうか?
人々は植物を単純で無意味な生命体と考えることがよくあります。 彼らは一か所に根を下ろして生きているかもしれませんが、科学者が植物について学べば学ぶほど、 より複雑で応答性が高い 私たちは彼らがそうであることを認識しています。 彼らは地元の状況に適応するのに優れています。 植物は、発芽する場所に近いものを最大限に活用するスペシャリストです。
しかし、植物の生命の複雑さについて学ぶことは、人々に驚きを与えるだけではありません。 植物を研究することは、確認することでもあります 私たちはまだ作物を育てることができます 将来的には、気候変動により天候がますます極端になるためです。
環境信号は、植物の成長と発達を形作ります。 たとえば、多くの植物は 手がかりとしての日の長さ 開花のきっかけに。 植物の隠れた半分である根も、周囲からのサインを使用して、水と栄養素を得るのに最適な形状を確保します。
根は、その形状を適応させることによって干ばつなどのストレスから植物を保護します 表面積、たとえば)より多くの水を見つけるために。 しかし、最近まで、周囲の土壌に水があるかどうかを根がどのように感知するかは理解されていませんでした.
水は地球上で最も重要な分子です。 多すぎても少なすぎても、生態系を破壊する可能性があります。 (最近ヨーロッパと東アフリカで見られたように)気候変動の壊滅的な影響は、 洪水と干ばつの両方がより一般的。 から 気候変動 is 降雨パターンの作成 ますます不安定になり、植物がどのように反応するかを学びます 水不足 作物の弾力性を高めるために不可欠です。
植物と土壌の科学者と数学者の私たちのチーム 最近発見された の 植物の根 水の吸収を最大化するために形状を適応させます。 根は通常水平に枝分かれします。 しかし、水との接触を失うと(空気で満たされた土壌の隙間から成長するなど)、分岐を一時停止し、湿った土壌と再接続して初めて根が分岐を再開します.
私たちのチームは、植物がと呼ばれるシステムを使用していることを発見しました ハイドロシグナル に応じてルートが分岐する場所を管理する 水の利用性 土壌に
ハイドロシグナルは、水分レベルを直接測定するのではなく、植物内の水と一緒に移動する他の可溶性分子を感知することによって、植物が水の場所を感知する方法です。 これは(とは異なり、 動物細胞) 植物細胞は互いにつながっている 小さな毛穴によって.
これらの細孔により、水と小さな可溶性分子 (ホルモンを含む) が一緒に移動することができます。 ルート 細胞と組織。 植物の根が水を吸収すると、最も外側の表皮細胞を通り抜けます。
外側の根の細胞には、 オーキシンと呼ばれる分岐を促進するホルモン. 水の取り込みは、オーキシンを内部の根組織に動員することによって分岐を引き起こします。 根が空気で満たされた隙間を通って成長するときなど、外部から水が利用できなくなった場合でも、根の先端は成長するためにまだ水を必要とします.
そのため、根が土壌から水を取り込むことができない場合、根の奥深くにある独自の静脈からの水に頼らなければなりません. これにより、水の動きの方向が変わり、外側に移動するようになり、分岐ホルモンであるオーキシンの流れが妨げられます.
植物はまた、 ABAと呼ばれる抗分岐ホルモン その根の静脈に。 ABAもオーキシンとは逆に水の流れに乗って移動します。 そのため、根が植物の静脈から水を吸い込むとき、根は抗分岐ホルモンを自分自身に引き寄せています.
ABA は、根の細胞をつなぐすべての小さな孔を閉じることによって、根の分岐を停止します。これは、船の防爆扉に少し似ています。 これにより、根の細胞同士が密閉され、オーキシンが水とともに自由に移動するのが妨げられ、根の枝分かれが妨げられます。 このシンプルなシステムにより、植物の根はその場所の水条件に合わせて形状を微調整できます。 これは ゼロブランチングと呼ばれる (ゼロブランチと発音します)。
私たちの研究では、植物の根も同様のシステムを使用して、新芽としての水分損失を減らしていることがわかりました。 葉は水分の損失を止める 表面の気孔と呼ばれる微細孔を閉じることにより、干ばつ状態の間。 気孔の閉鎖もABAホルモンによって引き起こされます。 同様に、根ではABAが減少します 水分損失 すべての根の細胞をつなぐ原形質連絡と呼ばれるナノ細孔を閉じることによって.
トマト、ターレ クレス、トウモロコシ、コムギ、オオムギの根はすべて、土壌や気候が異なるにもかかわらず、このように水分に反応します。 例えば、 トマトは南アメリカの砂漠で生まれました、一方、 タレ・クレス 中央アジアの温帯地域に由来します。 これは、シダなどの花を咲かない植物よりも 200 億年以上若い顕花植物の一般的な特徴が、ゼロブランチングであることを示唆しています。
初期進化の陸上植物種であるシダの根は、このように水に反応しません。 それらの根はより均一に成長します。 これは、顕花種が適応するのに優れていることを示唆しています 水 シダなどの初期の陸上植物よりもストレス。
花を咲かせる植物は、花を咲かない種よりも広い範囲の生態系と環境に定着できます。 世界中の降雨パターンの急速な変化を考えると、 植物 幅広い土壌水分条件を感知して適応することは、これまで以上に重要になっています。