เมื่อรากพืชเรียนรู้ที่จะเดินตามแรงโน้มถ่วง

แต่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน ตอนนี้ Yuzhou Zhang, postdoc ในกลุ่มของศาสตราจารย์ Ji?í Friml และทีมของเขาได้รับมุมมองที่กว้างขึ้นว่าแรงโน้มถ่วงของรากมีวิวัฒนาการอย่างไรและเมื่อใด นักวิจัยได้เลือกพืชหลายชนิดที่เป็นตัวแทนของเชื้อสายของมอส ไลโคไฟต์ (คลับมอสและเฟิร์มอส) เฟิร์น ยิมโนสเปิร์ม (ต้นสน) และไม้ดอก และปล่อยให้รากของพวกมันเติบโตในแนวนอนเพื่อสังเกตว่าพวกมันเริ่มงอลงตามแรงโน้มถ่วงหรือไม่และเมื่อใด ผลลัพธ์: การเจริญเติบโตของรากที่ขับเคลื่อนด้วยแรงโน้มถ่วงกลายเป็นเรื่องพื้นฐานและช้ามากในพืชบกดึกดำบรรพ์ (มอส) เช่นเดียวกับในพืชที่มีท่อลำเลียงหลัก (ไลโคไฟต์และเฟิร์น) เฉพาะพืชที่มีเมล็ด (พืชที่มีเมล็ดพืชและพืชมีดอก) ซึ่งปรากฏขึ้นครั้งแรกเมื่อประมาณ 350 ล้านปีก่อน แสดงรูปแบบของแรงโน้มถ่วงที่เร็วกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า พลังแห่งแป้ง แต่ขั้นตอนวิวัฒนาการใดที่ทำให้เกิดการโน้มถ่วงของรากที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพในเมล็ดพืช จากการวิเคราะห์ขั้นตอนต่างๆ ของแรงโน้มถ่วงของโลก ได้แก่ การรับรู้แรงโน้มถ่วง การส่งสัญญาณแรงโน้มถ่วง และการตอบสนองการเจริญเติบโตในท้ายที่สุด นักวิจัยพบองค์ประกอบสำคัญสองประการซึ่งพัฒนาควบคู่กันไป สิ่งแรกกลายเป็นคุณสมบัติทางกายวิภาค: ออร์แกเนลล์ของพืชที่เรียกว่าอะไมโลพลาสต์ ซึ่งเต็มไปด้วยเม็ดแป้งอย่างหนาแน่น ตะกอนจะตอบสนองต่อแรงโน้มถ่วงและวิธีนี้จะทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์แรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม กระบวนการตกตะกอนนี้พบได้เฉพาะในพืชยิมโนสเปิร์มและไม้ดอกที่มีอะมิโลพลาสต์ซึ่งมีความเข้มข้นสูงอยู่ที่ด้านล่างสุดของปลายราก ในทางตรงกันข้าม ในพืชยุคก่อน อะมิโลพลาสต์ยังคงกระจายแบบสุ่มภายในและเหนือปลายราก รหัส PIN พิเศษสำหรับออกซิน หลังจากรับรู้ผ่านอะมิโลพลาสต์แล้ว สัญญาณแรงโน้มถ่วงจะถูกส่งต่อไปจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งโดยฮอร์โมนการเจริญเติบโตออกซิน ในการทดลองทางพันธุกรรม นักวิจัยระบุโมเลกุลตัวขนส่งเฉพาะในพืชต้นแบบ Arabidopsis thaliana, PIN2 ซึ่งควบคุมการไหลของออกซินและการเจริญเติบโตของราก ในขณะที่พืชสีเขียวเกือบทั้งหมดมีโปรตีน PIN แต่เฉพาะโมเลกุล PIN2 เฉพาะในพืชเมล็ดเท่านั้นที่รวมตัวกันที่ด้านหน่อของเซลล์ผิวหนังชั้นนอกของราก การระบุตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจงนี้ -- เฉพาะสำหรับพืชเมล็ด -- นำไปสู่การโพลาไรเซชันของเซลล์ขนส่ง ซึ่งในทางกลับกัน ทำให้รากสามารถขนส่งออกซินไปยังยอดได้ และด้วยเหตุนี้สำหรับการส่งสัญญาณที่ใช้ออกซินจะเดินจากตำแหน่งการรับรู้แรงโน้มถ่วงไปยัง เขตควบคุมการเติบโต พืชเป็นครูของมนุษย์ ด้วยการระบุองค์ประกอบทางกายวิภาคและการทำงานทั้งสองนี้ ผู้เขียนได้รับข้อมูลเชิงลึกอันมีค่าเกี่ยวกับวิวัฒนาการของรากโน้มถ่วง ซึ่งเป็นหนึ่งในการปรับตัวที่สำคัญของเมล็ดพืชเพื่อลงดิน แม้ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติของการค้นพบเหล่านี้ก็เป็นไปได้: "ตอนนี้เราเริ่มเข้าใจแล้วว่าพืชชนิดใดจำเป็นต้องเติบโตยึดเหนี่ยวอย่างมั่นคงเพื่อเข้าถึงสารอาหารและน้ำในชั้นลึกของดิน ในที่สุดเราอาจจะสามารถหาวิธีปรับปรุง การเจริญเติบโตของพืชผลและพืชอื่นๆ ในพื้นที่แห้งแล้งมาก” จาง ผู้ร่วมก่อตั้ง IST Austria ในปี 2559 กล่าว เขาเสริมว่า “ธรรมชาติฉลาดกว่าเรามาก มีอะไรมากมายที่เราสามารถเรียนรู้ได้จากพืช ประโยชน์แก่เรา"