Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Rastlinná navigácia

.peter Szolcsányi .časopis .veda

Skutočnosť, že klíčiace semienka ženú stonky vždy nahor a korene zásadne nadol, je taká triviálna, že sa nad ňou vôbec nezamýšľame. Ale ako rastliny vedia, ktorým smerom je hore a ktorým dolu?

Asi prvé by nám napadlo, že veď stonky sa prirodzene „ťahajú“ za svetlom vďaka svojim fotocitlivým receptorom (pozri .týždeň 8/2015). To, samozrejme, platí, ale ak by svetlo bolo ich jediným navigačným signálom, ako by vedeli, ktorým smerom majú rásť v noci? Nehovoriac už o semienku obvykle klíčiacom vo vlhkej tmavej pôde.
Fajn, v takom prípade by sme zase rast korienka smerom nadol mohli pripísať povedzme kontaktu s mokrou zeminou. Nuž ale vzdušné korene figovníka bengálskeho alebo červeného mangrovníka vždy rastú smerom nadol, hoci rašia zásadne (aj niekoľko metrov) nad zemou. Rastliny teda evidentne musia disponovať orientačným systémom, ktorý im umožňuje vnímať svoju polohu v priestore. A následne dokážu prispôsobiť svoj rast aktuálnym environmentálnym podmienkam, pričom gravitácia je jedným z najdôležitejších vonkajších podnetov botanického sveta.

.gravitropizmus
Vedci už dávno zistili, že keď rastliny otočíme „dolu hlavou“, síce pomaly, ale predsa len sa dokážu opäť „postaviť na nohy“. A to jednoducho tak, že nadol visiacu stonku začnú jej predlžovaním ohýbať nahor, a naopak, dohora trčiaci korienok sa bude presne rovnako stáčať nadol. Táto unikátna fytoschopnosť sa odborne nazýva gravitropizmus. Rastliny vďaka nemu nielenže „vedia“, kedy sú horeznačky, ale taktiež vnímajú polohu svojich konárov a dokonca aj uhol, pod akým rastú voči zemi. Ale ako?
Medzi prvými, ktorí prispeli k hlbšiemu pochopeniu (aj) tohto botanického fenoménu, boli (opäť) Charles Darwin a jeho syn Francis. Koncom 19. storočia sformulovali hypotézu, že gravitačné fytoreceptory sa pravdepodobne nachádzajú na samom konci koreňovej špičky. Otestovali ju tak, že klíčiacim semienkam fazule, hrachu a uhoriek postupne odstrihovali končeky ich korienkov v rôznej dĺžke. Následne ich „poležiačky“ uložili na povrch mokrej pôdy a sledovali, či a ako budú rásť. Zistili, že hoci sa po tejto operácii korienky ďalej predlžovali, neboli už schopné orientovať svoj rast smerom nadol do pôdy. Dokonca stačilo amputovať len pol milimetra špičky korienka a rastliny definitívne stratili zmysel pre gravitáciu! Darwinovci však prišli aj na to, že ak takto minimálne poškodený konček v priebehu pár dní dorástol, korienok opäť nadobudol svoju orientačnú schopnosť a neomylne sa začal zavŕtavať do zeme. Navyše bolo zrejmé, že informácia o smere gravitácie sa zo špičky prenášala do vyšších častí korienka, ktorý sa následne začal stáčať smerom nadol.
Keďže rastliny evidentne potrebujú kompletné špičky koreňov pre ich vnorenie sa do pôdy, môžeme sa analogicky domnievať, že zdravé vrcholové výhonky budú na oplátku nevyhnutné pre rast stoniek smerom k oblohe. Nakoniec, samotní Darwinovci už dávno ukázali, že odrezanie koncovej časti stonky spôsobí „oslepnutie“ rastliny, ktorá tým pádom stráca schopnosť ťahať sa za svetlom (pozri .týždeň 8/2015). Avšak na prekvapenie, analogické poškodenie vrcholu výhonku nijako nebráni jeho ďalšiemu rastu nahor. Inými slovami, „dekapitovaná“ rastlina si stále zachováva negatívny gravitropizmus. Znamená to teda, že korienky vnímajú gravitáciu inak ako stonky?

.statolity
Mnohé nasvedčuje tomu, že zrejme áno. Súčasné experimenty s geneticky upravenými rastlinami – najčastejšie s notoricky známou arábkovkou Thalovou – totiž ukázali, že gravitačné receptory stoniek sa nachádzajú v špeciálnych bunkách obklopujúcich cievne zväzky (endoderm). Botanické mutanty, ktoré tieto bunky neobsahovali, síce prežívali, ale ich stonky zároveň stratili schopnosť vnímať gravitáciu a nedokázali rásť výlučne nahor. Na rozdiel od korienkov, ktorým bunky endodermu, samozrejme, chýbali tiež, ale v ich prípade to vôbec nevadilo a neomylne rástli smerom nadol, ako keby ani neboli zmutované. Z týchto pozorovaní je zrejmé, že rastliny využívajú odlišné tkanivá na detekciu gravitácie vo svojich nadzemných a podzemných častiach. Zatiaľ čo u korienkov je to ich špička, v stonkách sú to bunky endodermu. Fajn, ale ako sa to deje?
Keď sa pozrieme na koreňovú špičku rastlín cez elektrónový mikroskop, odhalia sa nám fascinujúce štruktúry. Vnútorné centrálne bunky tohto tkaniva (statocyty) obsahujú malé „kamienky“ nazývané statolity, ktoré sa vzhľadom na svoju vyššiu hustotu a hmotnosť vždy nachádzajú v ich spodnej časti ako guľôčky na dne vrecúška. (Pre znalcov: statolity vyšších rastlín sú známe aj pod názvom amyloplasty, ako modifikovaná forma chloroplastov, ktoré však namiesto zeleného chlorofylu obsahujú biely škrob). Pokiaľ sa však korienok zrazu ocitne v inej ako vertikálnej polohe, ťažšie statolity sa v jeho bunkách mechanicky pohnú a de facto sa skotúľajú na „nové“ dno. Hoci detaily ešte nie sú známe, táto ich vnútrobunková mobilita spustí kaskádu biochemických reakcií, v dôsledku ktorých dochádza k asymetrickému predĺženiu buniek príslušnej časti rastliny. Pri horizontálne umiestnenom korienku to značí, že jeho vrchné bunky sa budú predlžovať rýchlejšie ako tie spodné, vďaka čomu sa začne zakrivovať smerom nadol. Nuž a presne rovnaký proces v bunkách endodermu stoniek, akurát v opačnom garde, zabezpečí ich neomylný rast smerom nahor. Na základe týchto pozorovaní sa botanici domnievajú, že práve statolity sú tými pravými gravitačnými fytoreceptormi. Ak je tomu naozaj tak, potom by na zmenu orientácie rastu korienka alebo stonky vlastne stačilo „potriasť“ výlučne ich statolitmi – a rastlina by zrazu nevedela, kde je hore a kde je dole. Ako to však urobiť?
Jedným zo spôsobov je vystaviť bylinky silnému magnetickému poľu, ktoré simuluje gravitáciu. Jeho pôsobením prichádza k posunutiu sa statolitov aj v prirodzene vertikálne rastúcich rastlinách, ako keby tie boli zrazu položené nabok. Vedci zistili, že keď receptory v bunkách „postrčili“ doprava, korienok sa v pôde začal ohýbať tiež doprava. A keď sa statolity „skotúľali“ na opačnú stranu, korienok ich svojím rastom opäť nasledoval. Nuž a to bol silný dôkaz v prospech testovanej hypotézy. Zároveň z toho však vyplývalo, že v prípade absencie gravitácie budú statolity v bunkách asi „poletovať“ hore-dolu a rastlina tým pádom nebude vedieť, kde je „sever“. Ako to však overiť?
Celkom jednoducho, akurát bolo treba vziať rastliny na výlet do vesmíru. Astronauti na kozmickej stanici ISS už od roku 2000 uskutočňujú rozsiahle botanické experimenty, ktorých cieľom je sledovať vplyv bezváhového stavu na rast flóry. A za ten čas zistili veľmi zaujímavé veci. Prvým prekvapením bolo, že napriek logickým predpokladom o nevyhnutnosti gravitácie na správnu orientáciu rastu stoniek a korienkov, táto hypotéza sa nakoniec potvrdila len čiastočne. Osvetlené stonky totiž rástli krásne nahor napriek tomu, že sa rastliny vznášali v stave beztiaže. Poukazovalo by to teda na skutočnosť, že už samotné svetlo je dostatočným orientačným impulzom na vyvolanie gravitropizmu v stonkách. Na druhej strane, korienky vesmírnych byliniek však už rástli inak, než v kontrolnej pozemskej skupine. Smerovali síce vertikálne do pôdy, ale zďaleka nie len kolmo nadol. Už po pár dňoch sa ich korienky totiž začali stáčať nabok a prerastať zeminu halabala. Navyše, kozmická flóra rástla oveľa, oveľa pomalšie než ich súkmeňovci na Zemi. Vyzerá to tak, že gravitácia naozaj bude mať významný vplyv na rast a polohovú orientáciu rastlín, nebude to však asi jediný a nevyhnutný impulz. Nuž, gravitropizmus je evidentne zložitejší fenomén, než sa pôvodne myslelo.

.propriocepcia
Čo je však na celej veci  najfascinujúcejšie, je až zarážajúca podobnosť medzi botanickým gravitropizmom a ľudskou polohovou orientáciou (propriocepcia). Ide o akýsi šiesty zmysel, vďaka ktorému aj so zaviazanými očami vieme, či práve sedíme, ležíme alebo stojíme, taktiež umožňuje koordinovaný pohyb našich rúk a nôh. Bez propriocepcie by aj obyčajné umývanie zubov bolo prakticky nemožné. Ako to však dokážeme?
Receptory, ktoré nám umožňujú vnímať našu polohu, máme (aj) vo vnútornom uchu. Nachádza sa v ňom labyrint miniatúrnych kostených kanálikov, ktoré fungujú ako detektory rovnováhy. Ich vnútorný povrch je vystlaný vláskovými bunkami, ktoré citlivo reagujú na dotyk tekutiny, ktorú kanáliky obsahujú. Stačí, že vztýčenú hlavu nakloníme na jednu stranu, tekutina sa preleje z jedného kanálika do druhého, čo senzorické nervy okamžite zaregistrujú. Následne vyšlú signál do mozgu, ktorý ho vyhodnotí ako zmenu polohy alebo rovnováhy. A keďže kanáliky vytvárajú trojdimenzionálnu štruktúru navzájom kolmých rovín, my tak presne vieme, kde je „sever“.
Kanálikom v tejto dôležitej činnosti pomáha aj komôrka zvaná predsieň (vestibul), ktorá je tiež naplnená tekutinou a obsahuje aj vláskové bunky. Navyše však obsahuje aj mikroskopické kryštáliky (otolity), ktoré vďaka gravitácii klesajú na dno a zvyšujú tlak na senzorické bunky vestibulu. Mozog nás vzápätí informuje, či ležíme, rovno stojíme, alebo visíme dole hlavou. Pričom práve tlak otolitov na nervy v rôznych častiach vestibulu nám umožňuje rozlišovať medzi „hore“ a „dole“.
Už je asi zrejmá tá úžasná podobnosť botanického gravitropizmu a humánnej propriocepcie. Tak, ako rastlinné statolity pomáhajú stonkám a korienkom rozlišovať medzi smerom nahor a nadol, ľudské otolity umožňujú nášmu telu udržiavať rovnováhu a orientovať sa v priestore. No nie je tá príroda fascinujúca?
.autor je chemik. (Séria článkov o rastlinných schopnostiach bola inšpirovaná vynikajúcou knihou izraelského botanika Daniela Chamowitza „What a Plant Knows“)


Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.neprehliadnite