पौधे हैं विशाल बहुमत को उपनिवेशित किया पृथ्वी की सतह का। तो उनकी सफलता की कुंजी क्या है?
लोग अक्सर पौधों को सरल, संवेदनहीन जीवन रूपों के रूप में सोचते हैं। वे भले ही एक ही स्थान पर रहते हों, लेकिन जितना अधिक वैज्ञानिक पौधों के बारे में सीखते हैं, अधिक जटिल और उत्तरदायी हमें पता चलता है कि वे हैं। वे स्थानीय परिस्थितियों के अनुकूल होने में उत्कृष्ट हैं। पौधे विशेषज्ञ होते हैं, जहां वे अंकुरित होते हैं, उसके पास जो कुछ भी होता है, उसका अधिकतम लाभ उठाते हैं।
हालांकि पौधों के जीवन की पेचीदगियों के बारे में सीखना लोगों में प्रेरक आश्चर्य से कहीं अधिक है। पौधों का अध्ययन भी सुनिश्चित करने के बारे में है हम अभी भी फसलें उगा सकते हैं भविष्य में जलवायु परिवर्तन हमारे मौसम को तेजी से चरम बना देगा।
पर्यावरणीय संकेत पौधों की वृद्धि और विकास को आकार देते हैं। उदाहरण के लिए, कई पौधे उपयोग करते हैं क्यू के रूप में दिन की लंबाई फूल को ट्रिगर करने के लिए। पौधों का छिपा हुआ आधा हिस्सा, जड़ें भी अपने आस-पास के संकेतों का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए करती हैं कि उनका आकार पानी और पोषक तत्वों के लिए चारे के अनुकूल हो।
जड़ें अपने पौधों को तनाव जैसे तनाव से बचाती हैं, जैसे कि उनके आकार को अनुकूलित करके (उनकी वृद्धि करने के लिए शाखाओं में बँटना)। सतह क्षेत्र, उदाहरण के लिए) अधिक पानी खोजने के लिए। लेकिन हाल तक, हम यह नहीं समझ पाए थे कि जड़ें कैसे समझती हैं कि आसपास की मिट्टी में पानी उपलब्ध है या नहीं।
पानी पृथ्वी पर सबसे महत्वपूर्ण अणु है। बहुत अधिक या बहुत कम एक पारिस्थितिकी तंत्र को नष्ट कर सकता है। जलवायु परिवर्तन का विनाशकारी प्रभाव (जैसा कि हाल ही में यूरोप और पूर्वी अफ्रीका में देखा गया है) बना रहा है बाढ़ और सूखा दोनों अधिक आम हैं. के बाद से जलवायु परिवर्तन is वर्षा पैटर्न बनाना तेजी से अनिश्चित, यह सीखना कि पौधे कैसे प्रतिक्रिया करते हैं पानी की कमी फसलों को अधिक लचीला बनाने के लिए महत्वपूर्ण है।
पौधे और मृदा वैज्ञानिकों और गणितज्ञों की हमारी टीम हाल ही में पता चला कैसे पौधे की जड़ें पानी के अवशोषण को अधिकतम करने के लिए उनके आकार को अनुकूलित करें। जड़ें सामान्य रूप से क्षैतिज रूप से शाखा करती हैं। लेकिन जब वे पानी से संपर्क खो देते हैं (जैसे कि मिट्टी में हवा से भरे अंतराल के माध्यम से बढ़ते हैं) और जड़ों को नम मिट्टी के साथ फिर से जोड़ने के बाद शाखाओं में बंटना बंद हो जाता है।
हमारी टीम ने पाया कि पौधे एक प्रणाली का उपयोग करते हैं जिसे हाइड्रोसिग्नलिंग यह प्रबंधित करने के लिए कि प्रत्युत्तर में जड़ें कहाँ शाखा करती हैं पानी की उपलब्धता मिट्टी में
हाइड्रोसिग्नलिंग वह तरीका है जिससे पौधों को पता चलता है कि पानी कहाँ है, सीधे नमी के स्तर को मापकर नहीं बल्कि अन्य घुलनशील अणुओं को समझकर जो पौधों के भीतर पानी के साथ चलते हैं। यह केवल इसलिए संभव है क्योंकि (विपरीत पशु कोशिकाएं) पादप कोशिकाएँ एक दूसरे से जुड़ी होती हैं छोटे छिद्रों से.
ये छिद्र पानी और छोटे घुलनशील अणुओं (हार्मोन सहित) को एक साथ चलने में सक्षम बनाते हैं जड़ कोशिकाओं और ऊतकों। जब पानी पौधे की जड़ द्वारा ग्रहण किया जाता है, तो यह सबसे बाहरी एपिडर्मल कोशिकाओं के माध्यम से यात्रा करता है।
बाहरी जड़ कोशिकाओं में भी होता है a शाखन को बढ़ावा देने वाला हॉर्मोन ऑक्सिन कहलाता है. पानी का अपटेक आंतरिक जड़ के ऊतकों में ऑक्सिन को अंदर की ओर लाकर ब्रांचिंग को ट्रिगर करता है। जब पानी बाहरी रूप से उपलब्ध नहीं होता है, मान लीजिए कि जब एक जड़ हवा से भरे अंतराल के माध्यम से बढ़ती है, तब भी जड़ के सिरे को बढ़ने के लिए पानी की आवश्यकता होती है।
इसलिए जब जड़ें मिट्टी से पानी नहीं ले सकती हैं तो उन्हें जड़ के अंदर अपनी नसों से पानी पर निर्भर रहना पड़ता है। यह पानी की गति की दिशा को बदल देता है, जिससे यह अब बाहर की ओर बढ़ जाता है, जो शाखाओं में बंटने वाले हार्मोन ऑक्सिन के प्रवाह को बाधित करता है।
पौधा भी बनाता है एबीए नामक एंटी-ब्रांचिंग हार्मोन इसकी जड़ शिराओं में। एबीए ऑक्सिन के विपरीत दिशा में पानी के प्रवाह के साथ भी चलता है। इसलिए जब जड़ें पौधों की शिराओं से पानी खींचती हैं, तो जड़ें भी शाखा-रोधी हार्मोन को अपनी ओर खींचती हैं।
एबीए रूट कोशिकाओं को जोड़ने वाले सभी छोटे छिद्रों को बंद करके रूट ब्रांचिंग को रोकता है - एक जहाज पर विस्फोट के दरवाजे की तरह। यह रूट कोशिकाओं को एक दूसरे से सील कर देता है और ऑक्सिन को पानी के साथ स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ने से रोकता है, जिससे रूट ब्रांचिंग अवरुद्ध हो जाती है। यह सरल प्रणाली पौधों की जड़ों को स्थानीय जल स्थितियों के लिए अपने आकार को ठीक करने की अनुमति देती है। यह है ज़ेरोब्रांचिंग कहा जाता है (उच्चारण ज़ीरोब्रांचिंग)।
हमारे अध्ययन में यह भी पाया गया कि एक पौधे की जड़ें पानी के नुकसान को कम करने के लिए एक समान प्रणाली का उपयोग करती हैं। पत्तियां पानी की कमी को रोकती हैं सूखे की स्थिति के दौरान उनकी सतहों पर रंध्र नामक सूक्ष्म छिद्रों को बंद करके। स्टोमेटा क्लोजर भी एबीए हार्मोन द्वारा ट्रिगर किया जाता है। इसी प्रकार जड़ों में ABA अपचयित करता है पानी की कमी नैनो-छिद्रों को बंद करके जिसे प्लास्मोडेस्माटा कहा जाता है जो हर रूट सेल को एक साथ जोड़ता है।
अलग-अलग मिट्टी और जलवायु में विकसित होने के बावजूद टमाटर, थाली क्रेस, मक्का, गेहूं और जौ की जड़ें नमी के प्रति इस तरह प्रतिक्रिया करती हैं। उदाहरण के लिए, टमाटर की उत्पत्ति दक्षिण अमेरिकी रेगिस्तान में हुई थी, जहाँ तक थाले क्रेस मध्य एशियाई समशीतोष्ण क्षेत्रों से आता है। इससे पता चलता है कि ज़ेरोब्रांचिंग फूल वाले पौधों में एक सामान्य लक्षण है, जो गैर-फूलों वाले पौधों जैसे फ़र्न से 200 मिलियन वर्ष से अधिक छोटे हैं।
फ़र्न की जड़ें, एक शुरुआती विकसित भूमि पौधों की प्रजातियाँ, इस तरह से पानी पर प्रतिक्रिया नहीं करती हैं। उनकी जड़ें अधिक समान रूप से बढ़ती हैं। इससे पता चलता है कि फूलों की प्रजातियां अनुकूलन में बेहतर होती हैं पानी फ़र्न जैसे पहले के भूमि पौधों की तुलना में तनाव।
फूलों के पौधे गैर-फूलों वाली प्रजातियों की तुलना में पारिस्थितिक तंत्र और वातावरण की एक विस्तृत श्रृंखला का उपनिवेश कर सकते हैं। दुनिया भर में वर्षा के पैटर्न में तेजी से बदलाव को देखते हुए, की क्षमता पौधों मिट्टी की नमी की स्थिति की एक विस्तृत श्रृंखला को समझना और उसके अनुकूल होना अब पहले से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है।