Ang mga halaman ay mayroon kolonisado ang karamihan ng ibabaw ng Earth. Kaya ano ang susi sa kanilang tagumpay?
Kadalasang iniisip ng mga tao ang mga halaman bilang simple at walang kabuluhang anyo ng buhay. Maaaring sila ay nabubuhay na nakaugat sa isang lugar, ngunit mas maraming siyentipiko ang natututo tungkol sa mga halaman, ang mas kumplikado at tumutugon napagtanto namin sila. Mahusay silang umangkop sa mga lokal na kondisyon. Ang mga halaman ay mga espesyalista, na sinusulit kung ano ang malapit sa kung saan sila tumubo.
Ang pag-aaral tungkol sa mga pagkasalimuot ng buhay ng halaman ay higit pa sa kagila-gilalas na paghanga sa mga tao. Ang pag-aaral ng mga halaman ay tungkol din sa pagtiyak maaari pa tayong magtanim ng mga pananim sa hinaharap dahil ang pagbabago ng klima ay nagpapalala sa ating panahon.
Ang mga signal ng kapaligiran ay humuhubog sa paglago at pag-unlad ng mga halaman. Halimbawa, maraming halaman ang gumagamit haba ng araw bilang cue upang ma-trigger ang pamumulaklak. Ang nakatagong kalahati ng mga halaman, ang mga ugat, ay gumagamit din ng mga palatandaan mula sa kanilang kapaligiran upang matiyak na ang kanilang hugis ay na-optimize upang makakuha ng tubig at mga sustansya.
Pinoprotektahan ng mga ugat ang kanilang mga halaman mula sa mga stress tulad ng tagtuyot sa pamamagitan ng pag-angkop ng kanilang hugis (pagsasanga upang madagdagan ang kanilang ibabaw na lugar, halimbawa) upang makahanap ng mas maraming tubig. Ngunit hanggang kamakailan lamang, hindi namin naiintindihan kung paano nararamdaman ng mga ugat kung ang tubig ay magagamit sa nakapalibot na lupa.
Ang tubig ang pinakamahalagang molekula sa Earth. Masyadong marami o masyadong maliit ay maaaring makasira ng isang ecosystem. Ang mapangwasak na epekto ng pagbabago ng klima (tulad ng nakita kamakailan sa Europa at silangang Africa) ay gumagawa parehong baha at tagtuyot na mas karaniwan. Mula noon klima pagbabago is paggawa ng mga pattern ng ulan lalong nagiging mali-mali, natututo kung paano tumutugon ang mga halaman kakulangan sa tubig ay mahalaga para gawing mas nababanat ang mga pananim.
Ang aming pangkat ng mga siyentipiko at mathematician ng halaman at lupa kamakailan-lamang na natuklasan paano ugat ng halaman iakma ang kanilang hugis upang mapakinabangan ang pag-agos ng tubig. Ang mga ugat ay karaniwang sumasanga nang pahalang. Ngunit itinitigil nila ang pagsasanga kapag nawalan sila ng kontak sa tubig (tulad ng paglaki sa isang puwang na puno ng hangin sa lupa) at ang mga ugat ay nagpapatuloy lamang sa pagsasanga kapag sila ay muling kumonekta sa mamasa-masa na lupa.
Nalaman ng aming koponan na ang mga halaman ay gumagamit ng isang sistema na tinatawag na hydrosignalling upang pamahalaan kung saan sanga ang mga ugat bilang tugon sa availability ng tubig sa lupa.
Ang hydrosignalling ay ang paraan ng pag-unawa ng mga halaman kung nasaan ang tubig, hindi sa pamamagitan ng direktang pagsukat ng mga antas ng kahalumigmigan ngunit sa pamamagitan ng pagdama ng iba pang natutunaw na molekula na gumagalaw kasama ng tubig sa loob ng mga halaman. Ito ay posible lamang dahil (hindi katulad mga cell ng hayop) ang mga selula ng halaman ay konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng maliliit na pores.
Ang mga pores na ito ay nagbibigay-daan sa tubig at maliliit na natutunaw na molekula (kabilang ang mga hormone) na magsama-sama sa pagitan ugat mga selula at tisyu. Kapag ang tubig ay kinuha ng ugat ng halaman, ito ay naglalakbay sa pinakalabas na epidermal cells.
Ang mga panlabas na selula ng ugat ay naglalaman din ng a hormone na nagtataguyod ng pagsasanga na tinatawag na auxin. Ang pag-agos ng tubig ay nag-uudyok ng pagsanga sa pamamagitan ng pagpapakilos ng auxin papasok sa panloob na mga tisyu ng ugat. Kapag wala nang tubig sa labas, sabihin nating kapag ang ugat ay tumubo sa isang puwang na puno ng hangin, ang dulo ng ugat ay nangangailangan pa rin ng tubig para tumubo.
Kaya kapag ang mga ugat ay hindi nakakakuha ng tubig mula sa lupa kailangan nilang umasa sa tubig mula sa kanilang sariling mga ugat sa loob ng ugat. Binabago nito ang direksyon ng paggalaw ng tubig, na ginagawa itong ngayon palabas, na nakakagambala sa daloy ng sumasanga na hormone na auxin.
Ang halaman ay gumagawa din ng isang anti-branching hormone na tinatawag na ABA sa ugat nito. Gumagalaw din ang ABA sa daloy ng tubig, sa kabaligtaran ng direksyon sa auxin. Kaya kapag ang mga ugat ay kumukuha ng tubig mula sa mga ugat ng halaman, ang mga ugat ay kumukuha din ng anti-branching hormone patungo sa kanilang sarili.
Pinipigilan ng ABA ang root branching sa pamamagitan ng pagsasara ng lahat ng maliliit na pores na nag-uugnay sa root cell—medyo parang mga blast door sa isang barko. Itinatatak nito ang mga selula ng ugat mula sa isa't isa at pinipigilan ang malayang paggalaw ng auxin kasama ng tubig, na humaharang sa pagsasanga ng ugat. Ang simpleng sistemang ito ay nagbibigay-daan sa mga ugat ng halaman na maayos ang kanilang hugis sa mga lokal na kondisyon ng tubig. ito ay tinatawag na xerobranching (binibigkas na zerobranching).
Nalaman din ng aming pag-aaral na ang mga ugat ng isang halaman ay gumagamit ng katulad na sistema upang mabawasan ang pagkawala ng tubig habang ang mga shoots nito. Pinipigilan ng mga dahon ang pagkawala ng tubig sa panahon ng mga kondisyon ng tagtuyot sa pamamagitan ng pagsasara ng mga micro-pores na tinatawag na stomata sa kanilang mga ibabaw. Ang pagsasara ng stomata ay na-trigger din ng ABA hormone. Katulad nito, sa mga ugat ABA binabawasan pagkawala ng tubig sa pamamagitan ng pagsasara ng mga nano-pores na tinatawag na plasmodesmata na nag-uugnay sa bawat root cell nang magkasama.
Ang mga ugat mula sa kamatis, thale cress, mais, trigo at barley ay tumutugon sa kahalumigmigan sa ganitong paraan, sa kabila ng pag-unlad sa iba't ibang mga lupa at klima. Halimbawa, Ang mga kamatis ay nagmula sa isang disyerto ng Timog Amerika, samantalang thale cress ay mula sa gitnang Asya na may katamtamang rehiyon. Iminumungkahi nito na ang xerobranch ay isang karaniwang katangian sa mga namumulaklak na halaman, na higit sa 200 milyong taon na mas bata kaysa sa hindi namumulaklak na mga halaman tulad ng mga pako.
Ang mga ugat mula sa mga pako, isang maagang umuusbong na uri ng halaman sa lupa, ay hindi tumutugon sa tubig sa ganitong paraan. Ang kanilang mga ugat ay lumalaki nang mas pare-pareho. Iminumungkahi nito na ang mga namumulaklak na species ay mas mahusay na umangkop sa tubig stress kaysa sa mga naunang halaman sa lupa tulad ng mga pako.
Ang mga namumulaklak na halaman ay maaaring kolonisahin ang isang mas malawak na hanay ng mga ecosystem at kapaligiran kaysa sa mga hindi namumulaklak na species. Dahil sa mabilis na pagbabago sa mga pattern ng pag-ulan sa buong mundo, ang kakayahan ng mga halaman ang pakiramdam at iangkop sa isang malawak na hanay ng mga kondisyon ng kahalumigmigan ng lupa ay mas mahalaga ngayon kaysa dati.