Plantas têm colonizou a grande maioria da superfície da Terra. Então, qual é a chave para seu sucesso?
As pessoas muitas vezes pensam nas plantas como formas de vida simples e sem sentido. Elas podem viver enraizadas num só lugar, mas quanto mais os cientistas aprendem sobre as plantas, quanto mais complexo e responsivo nós percebemos que eles são. Eles são excelentes na adaptação às condições locais. As plantas são especialistas, aproveitando ao máximo o que está próximo de onde germinam.
Aprender sobre as complexidades da vida vegetal é mais do que inspirar admiração nas pessoas. Estudar plantas também significa ter certeza ainda podemos cultivar no futuro, uma vez que as alterações climáticas tornam o nosso clima cada vez mais extremo.
Os sinais ambientais moldam o crescimento e o desenvolvimento das plantas. Por exemplo, muitas plantas usam duração do dia como sugestão para desencadear a floração. A metade oculta das plantas, as raízes, também utiliza sinais do seu entorno para garantir que sua forma seja otimizada para buscar água e nutrientes.
As raízes protegem as suas plantas de tensões como a seca, adaptando a sua forma (ramificando-se para aumentar a sua área de superfície, por exemplo) para encontrar mais água. Mas até recentemente, não entendíamos como as raízes detectavam se havia água disponível no solo circundante.
A água é a molécula mais importante da Terra. Muito ou pouco pode destruir um ecossistema. O impacto devastador das alterações climáticas (como visto recentemente na Europa e na África Oriental) está a tornar inundações e secas são mais comuns. Desde mudança climática is criando padrões de chuva cada vez mais errático, aprendendo como as plantas respondem a escassez de água é vital para tornar as culturas mais resilientes.
Nossa equipe de cientistas e matemáticos de plantas e solos recentemente descoberto como raízes de plantas adaptar sua forma para maximizar a absorção de água. As raízes normalmente se ramificam horizontalmente. Mas eles interrompem a ramificação quando perdem o contato com a água (como crescer através de uma lacuna cheia de ar no solo) e as raízes só retomam a ramificação quando se reconectam com o solo úmido.
Nossa equipe descobriu que as plantas usam um sistema chamado hidrossinalização para gerenciar onde as raízes se ramificam em resposta a disponibilidade de água no solo.
A hidrossinalização é a forma como as plantas detectam onde está a água, não medindo diretamente os níveis de umidade, mas detectando outras moléculas solúveis que se movem com a água dentro das plantas. Isto só é possível porque (ao contrário células animais) as células vegetais estão conectadas umas às outras por pequenos poros.
Esses poros permitem que a água e pequenas moléculas solúveis (incluindo hormônios) se movam juntas entre raiz células e tecidos. Quando a água é absorvida pela raiz da planta, ela viaja através das células epidérmicas mais externas.
As células radiculares externas também contêm hormônio que promove a ramificação chamado auxina. A absorção de água desencadeia a ramificação, mobilizando a auxina para o interior dos tecidos radiculares internos. Quando a água não está mais disponível externamente, por exemplo, quando uma raiz cresce através de uma lacuna cheia de ar, a ponta da raiz ainda precisa de água para crescer.
Portanto, quando as raízes não conseguem absorver a água do solo, elas precisam contar com a água que vem de suas próprias veias, no fundo da raiz. Isso muda a direção do movimento da água, fazendo com que ela se mova para fora, o que interrompe o fluxo do hormônio ramificado auxina.
A planta também produz hormônio anti-ramificação chamado ABA em suas veias radiculares. O ABA também se move com o fluxo da água, na direção oposta à auxina. Portanto, quando as raízes retiram água das veias das plantas, as raízes também atraem o hormônio anti-ramificação para si.
O ABA interrompe a ramificação das raízes fechando todos os pequenos poros que conectam as células das raízes – um pouco como portas de segurança em um navio. Isso isola as células das raízes umas das outras e impede que a auxina se mova livremente com a água, bloqueando a ramificação das raízes. Este sistema simples permite que as raízes das plantas ajustem sua forma às condições locais da água. Isso é chamado xerobranching (pronuncia-se ramificação zero).
Nosso estudo também descobriu que as raízes de uma planta usam um sistema semelhante para reduzir a perda de água nos brotos. Folhas impedem a perda de água durante condições de seca, fechando microporos chamados estômatos em suas superfícies. O fechamento dos estômatos também é desencadeado pelo hormônio ABA. Da mesma forma, nas raízes o ABA reduz perda de água fechando nanoporos chamados plasmodesmos que ligam todas as células da raiz.
As raízes do tomate, do agrião, do milho, do trigo e da cevada respondem desta forma à humidade, apesar de evoluírem em diferentes solos e climas. Por exemplo, tomates originados em um deserto sul-americano, enquanto que tale agrião vem de regiões temperadas da Ásia Central. Isto sugere que a xerobranquia é uma característica comum em plantas com flores, que são mais de 200 milhões de anos mais jovens do que as plantas sem flores, como as samambaias.
As raízes das samambaias, uma espécie de planta terrestre de evolução inicial, não respondem à água dessa forma. Suas raízes crescem de maneira mais uniforme. Isto sugere que as espécies com flores se adaptam melhor às água estresse do que as plantas terrestres anteriores, como as samambaias.
As plantas com flores podem colonizar uma gama mais ampla de ecossistemas e ambientes do que as espécies sem flores. Dadas as rápidas mudanças nos padrões de precipitação em todo o mundo, a capacidade de plantas detectar e adaptar-se a uma ampla gama de condições de umidade do solo é mais importante do que nunca.