Tumbuhan memiliki menjajah sebagian besar dari permukaan bumi. Lalu apa kunci kesuksesan mereka?
Orang sering menganggap tumbuhan sebagai bentuk kehidupan yang sederhana dan tidak masuk akal. Mereka mungkin hidup berakar di satu tempat, tetapi semakin banyak ilmuwan mempelajari tumbuhan, yang lebih kompleks dan responsif kami menyadari mereka. Mereka sangat baik dalam beradaptasi dengan kondisi lokal. Tumbuhan adalah spesialis, memanfaatkan apa yang dekat dengan tempat mereka berkecambah.
Belajar tentang seluk-beluk kehidupan tanaman lebih dari sekadar keajaiban yang menginspirasi orang. Mempelajari tanaman juga tentang memastikan kita masih bisa bercocok tanam di masa depan karena perubahan iklim membuat cuaca kita semakin ekstrim.
Sinyal lingkungan membentuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Misalnya, banyak tanaman menggunakan panjang hari sebagai isyarat untuk memicu pembungaan. Separuh tanaman yang tersembunyi, akarnya, juga menggunakan tanda-tanda dari lingkungannya untuk memastikan bentuknya dioptimalkan untuk mencari air dan nutrisi.
Akar melindungi tanamannya dari tekanan seperti kekeringan dengan mengadaptasi bentuknya (bercabang untuk meningkatkan kekuatannya). luas permukaan, misalnya) untuk menemukan lebih banyak air. Namun hingga saat ini, kami tidak memahami bagaimana akar merasakan ketersediaan air di tanah sekitarnya.
Air adalah molekul terpenting di Bumi. Terlalu banyak atau terlalu sedikit dapat merusak ekosistem. Dampak yang menghancurkan dari perubahan iklim (seperti yang baru-baru ini terlihat di Eropa dan Afrika timur) sedang terjadi banjir dan kekeringan lebih sering terjadi. Sejak perubahan iklim is membuat pola curah hujan semakin tidak menentu, belajar bagaimana tanaman merespon kekurangan air sangat penting untuk membuat tanaman lebih tangguh.
Tim ilmuwan tanaman dan tanah serta matematikawan kami Baru ditemukan bagaimana akar tanaman menyesuaikan bentuknya untuk memaksimalkan penyerapan air. Akar biasanya bercabang horizontal. Tapi mereka berhenti bercabang ketika kehilangan kontak dengan air (seperti tumbuh melalui celah berisi udara di tanah) dan akar hanya melanjutkan percabangan setelah terhubung kembali dengan tanah lembab.
Tim kami menemukan bahwa tanaman menggunakan sistem yang disebut sinyal hidro untuk mengatur di mana akar bercabang sebagai tanggapan ketersediaan air di tanah.
Hydrosignalling adalah cara tanaman merasakan keberadaan air, bukan dengan mengukur tingkat kelembaban secara langsung tetapi dengan merasakan molekul terlarut lainnya yang bergerak bersama air di dalam tanaman. Ini hanya mungkin karena (tidak seperti sel hewan) sel tumbuhan saling berhubungan oleh pori-pori kecil.
Pori-pori ini memungkinkan air dan molekul kecil yang larut (termasuk hormon) untuk bergerak bersama akar sel dan jaringan. Ketika air diambil oleh akar tanaman, ia bergerak melalui sel epidermis terluar.
Sel akar luar juga mengandung a hormon yang mempromosikan percabangan yang disebut auksin. Penyerapan air memicu percabangan dengan memobilisasi auksin ke dalam jaringan akar bagian dalam. Saat air tidak lagi tersedia secara eksternal, katakanlah saat akar tumbuh melalui celah berisi udara, ujung akar masih membutuhkan air untuk tumbuh.
Jadi, ketika akar tidak dapat menyerap air dari tanah, mereka harus bergantung pada air dari pembuluh darahnya sendiri jauh di dalam akar. Ini mengubah arah pergerakan air, membuatnya bergerak keluar, yang mengganggu aliran hormon auksin yang bercabang.
Tanaman ini juga membuat hormon anti-cabang yang disebut ABA dalam urat akarnya. ABA juga bergerak mengikuti aliran air, berlawanan arah dengan auksin. Jadi ketika akar menarik air dari urat tanaman, akar juga menarik hormon anti-cabang ke arah mereka sendiri.
ABA menghentikan percabangan akar dengan menutup semua pori-pori kecil yang menghubungkan sel-sel akar—mirip seperti pintu ledakan di kapal. Ini menutup sel-sel akar dari satu sama lain dan menghentikan auksin bergerak bebas dengan air, menghalangi percabangan akar. Sistem sederhana ini memungkinkan akar tanaman menyesuaikan bentuknya dengan kondisi air setempat. Dia disebut xerobranching (diucapkan zerobranching).
Studi kami juga menemukan bahwa akar tanaman menggunakan sistem yang sama untuk mengurangi kehilangan air sebagai tunasnya. Daun menghentikan kehilangan air selama kondisi kekeringan dengan menutup pori-pori mikro yang disebut stomata pada permukaannya. Penutupan stomata juga dipicu oleh hormon ABA. Demikian pula, di akar ABA berkurang kehilangan air dengan menutup pori-pori nano yang disebut plasmodesmata yang menghubungkan setiap sel akar menjadi satu.
Akar dari tomat, selada thale, jagung, gandum, dan jelai semuanya merespons kelembapan dengan cara ini, meskipun berkembang di tanah dan iklim yang berbeda. Sebagai contoh, tomat berasal dari gurun Amerika Selatan, sedangkan selada air berasal dari daerah beriklim Asia tengah. Ini menunjukkan xerobranching adalah sifat umum pada tanaman berbunga, yang lebih dari 200 juta tahun lebih muda dari tanaman tidak berbunga seperti pakis.
Akar dari pakis, spesies tanaman darat yang berevolusi awal, tidak merespons air dengan cara ini. Akar mereka tumbuh lebih seragam. Ini menunjukkan bahwa spesies berbunga lebih baik dalam beradaptasi air stres daripada tanaman darat sebelumnya seperti pakis.
Tumbuhan berbunga dapat menjajah ekosistem dan lingkungan yang lebih luas daripada spesies yang tidak berbunga. Mengingat perubahan pola curah hujan yang cepat di seluruh dunia, kemampuan tanaman untuk merasakan dan beradaptasi dengan berbagai kondisi kelembaban tanah lebih penting sekarang daripada sebelumnya.