Fototropizm i grzewotropizm: Jak Rośliny Kierują Się bez🤓 Nogi

Rzeczowe rośliny wiedzą, która strona jest góry

Semeniec rosnący w całkowitej ciemności, zorientowany na dowolny sposób, nadal skieruje swoje liście do góry i korzenie w dół w ciągu kilku godzin. Odsłonić go i oświetlić jednym bokiem, a liść sięgnie ku światłu w ciągu godziny lub dwóch. Rośliny nie mają mięśni, nerwów ani mózgu, jednak sterują swoim rosnącym z precyzją, która byłaby zaskakująca nawet dla robota - a mechanizm za tą precyzją, odkryty stopniowo przez wiek dwudziesty, to jest taka sama sygnał: hormon roślinny auxyn.

Teoria Cholodny'ego-Went'a

Rozwiązanie unijne, zaproponowane niezależnie przez Nikolaja Cholodny'ego i Frita Went'a w 1927 roku, głosi, że zarówno fototropizm (skręcanie ku światłu), jak i grzewotropizm (reakcja wzrostu na grawitację) działają według tej samej dwuczęściowej logiki: sygnał zewnętrznego podziała powoduje asymetryczne rozdzielanie hormonu wzrostu auxynu (indykole-3-acetat, IAA) po całej strukturze roślinnej, a ta asymetryczna koncentracja auxynu wskutek tego prowadzi do asymetrycznego rozrostu komórek - komórki na stronie z większą ilością auxynu rosną szybciej niż te na stronie z mniejszą, a nierównomierna deformacja powoduje skręcenie struktury roślinnej.

stimulus (light or gravity) -> asymmetric auxin transport across the organ
                                     -> unequal cell elongation, high-auxin side grows faster
                                     -> organ curves toward (or away from) the stimulus

Fototropizm: wykrywanie światła niebieskiego i przemieszczanie PIN-a w bok

Fototropiczne nachylenie jest spowodowane receptorami światła niebieskiego o nazwie fototropiny, skoncentrowanymi blisko konca szpiku, które wykrywają gradient światła w kierunku poziomym na całym szpiku. Ta sytuacja wywołuje przemieszczanie PIN-a – transportera auxinu wydzielającego – w stronę strony zaskórnej komórki. Ponieważ proteiny PIN są asymetrycznie lokalizowane na membranie komórkowej, aktywnie pompują auxin lateralnie, od strony oświetlonej do strony zaskórnej, komórka po komórce wzdłuż obszaru rozrostu. Strona zaskoronna, teraz bogatsza w auxin, rosnie szybciej, a cała gałąź nachyla się ku światłu.

Gravitropizm: statolity osiadające pod wpływem grawitacji

Gravitropizm wykorzystuje mechanicznego sensoresa zamiast receptora fotorektrycznego. Specjalizowane komórki (statocyty, koncentrowane w kaponie korzenia i warstwie tkaniny pierwotnej nazywanym szatą starchową) zawierają gęste organely zarmutuwanego glukozy zwane statolitymi (technicznie amyloplastami), które osiadają pod wpływem grawitacji na dnie komórki, dokładnie jak piasek w jarze podczas agitacji. Ich pozycja odpoczynkowa na dole komórki jest wykrywana - dokładny ścieżka przekształcania mechanicznego nadal jest tematem aktywnych badań - i spowodowuje, znowu poprzez relokację protein PIN, asymetryczne przepływ auxyny w stronę dolnej strony poziomego organu.

Obrót: taka sama sygnał oznacza przeciwne rzeczy w liściach i korze

Ten szczegół sprawia, że teoria Cholodny-Went’a jest bardziej niż proste powtórzenie „większej ilośći auxinu oznacza większy wzrost”: tkana liściowa i tkana korzenna reagują na tą samą koncentrację auxinu przeciwieństwem. W komórkach liściowych, auxin promuluje rozrost komórek przez szeroką gamę koncentracji, więc dolna, auxinowa strona poziomego liścia rosnie szybciej i liść skręca w górę - negatywna grzewotropizm. W przeciwieństwie do tego, w komórkach korzennych, optymalna dla wzrostu koncentracja auxinu jest znacznie niższa, więc dodatkowy auxin akumulujący się na dolnej stronie poziomej korzy rzeczywiście hamuje rozrost tam, podczas gdy górna strona, mniej auxinowa, rosnie blisko swojej optymalnej wartości - i korzenna skręca w dół, dodatnia grzewotropizm. Taka sama mechaizm dystrybucji, przeciwne krzywe reakcji na dawkę, przeciwne kierunki skrętu - co dokładnie dlaczego liście zawsze rosną w górę a korze zawsze w dół z tej samej podstawowej chemicznej struktury.

Dlaczego to ważne poza botanicznym kontekście

Tropizmy nie są zjawiskiem ciekawostkowym - to sposób, w jaki nieruchoma organizm aktywnie nawiguje swoje środowisko w poszukiwaniu światła, wody i podstawowej wsparcia strukturalnego. Zrozumienie podstawowego sprzężenia transportu auxiny ma bezpośrednie zasady rolnicze: rasy roślin o zmienionych odpowiedziach tropicznych mogą być gęściej rosnące bez nawilżania siebie nawzajem, a przestoje spowodowane uszkodzeniem normalnej grzewotropizmu (w mikrograwitacji w kosmosie lub pod wodonośnym, mechanicznie naciskanym glebami) mają znaczące wpływ na architekturę wzrostu roślin i zysk rolniczy. To motivuje istniejącą badawczą działalność zarówno rolniczą, jak i kosmiczną badającą, jak pętlę sygnału i odpowiedzi Cholodny-Went może być zaprogramowana lub ochroniona.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Plant Phototropism and Gravitropism i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.