Rośliny nie mają oczu, ale to nie znaczy, że nie są zdolne rozpoznawać światła. Przecież jest ono kluczowe dla fotosyntezy, a więc i ich istnienia. Roślina musi więc odróżniać dzień od nocy i rozpoznawać, z której strony jest oświetlana, aby skuteczniej przetwarzać energię.

Dr Paweł Jedynak - finalista polskiego konkursu popularyzatorskiego FameLab - mówi w rozmowie z PAP o tym, jak rośliny "widzą" świat. Naukowiec bada procesy, które m.in. sprawiają, że nasiono pod wpływem światła zaczyna kiełkować i uruchamiać mechanizmy prowadzące do fotosyntezy.

"Jest kilka klas receptorów roślinnych, które odpowiadają za rozpoznawanie światła" - mówi biolog. Wymienia, że rośliny są np. wyposażone w kryptochromy - czujniki światła, które są obecne również i w ludzkich komórkach oka. "Receptory te pomagają odróżniać dzień od nocy i sterować naszym zegarem biologicznym" - mówi. Podobną funkcję spełniają one i u roślin.

WYGINAM ŚMIAŁO CIAŁO

Innymi receptorami odpowiadającymi za rozpoznawanie światła są fototropiny. "One kierują ruchem roślin w stronę światła. Dają informację, w którą stronę roślina powinna się zwrócić, aby skuteczniej przeprowadzać fotosyntezę" - mówi.

Biolog zaznacza, że roślina nie ma mięśni, a ruchy, które pozwalają się jej wyginać, to ruchy wzrostowe. Roślina musi więc "wyliczyć", z której strony rosnąć szybciej, aby wychylić się w stronę światła. "Tam musi uruchamiana jest cała kaskada procesów, dzięki którym niektóre komórki rosną szybciej, są większe, szybciej się dzielą. To jednak ruchy tak wolne, że zwykle ich nie zauważamy" - dodaje naukowiec.

NIE CHCĄC POZOSTAĆ W CIENIU

Kiedy roślina znajdzie się w cieniu innych - zaczyna rosnąć szybciej, aby przerosnąć konkurencję i wygrać wyścig po światło. "To reakcja unikania cienia, za którą odpowiadają fitochromy" - mówi dr Jedynak. Receptory te m.in. "zliczają" porcje światła czerwonego, którego jest więcej w cieniu rzucanym przez inne rośliny.

Dzięki zrozumieniu procesów związanych z odbieraniem światła udało się już wyhodować nowe odmiany roślin, m.in. zbóż, które układają liście tak, by nie zasłaniać światła innym osobnikom. Dzięki temu rośliny nie konkurują między sobą o zasoby, a każda może osiągnąć sukces. Skorzystają na tym rolnicy, bo z tej samej powierzchni mogą zebrać więcej plonów.

UŚPIENI AGENCI CZEKAJĄ NA ŚWIETLANĄ PRZYSZŁOŚĆ

Naukowiec dodaje, że fitochromy sterują też kiełkowaniem roślin, gdyż wiele roślin okrytonasiennych wymaga do wykiełkowania światła. "Nasiona mogą pozostać w glebie przez wiele lat. To uśpieni agenci gotowi, by zasiedlić nowy obszar. Pozostają utajeni do czasu, kiedy nadejdą sprzyjające warunki" - opowiada dr Jedynak. Kiedy nadejdzie odpowiedni czas i nasiono zostanie odsłonięte - np. w związku z powstaniem osuwiska - musi ono rozpoznać, że to jego czas i zacząć kiełkować. Jeśli się zagapi - wyprzedzi je konkurencja: inni uśpieni agenci, drzemiący dokoła.

Kiełkowanie zagrzebanych w ziemi nasion może pobudzać także zmiana temperatury, lecz wtedy siewka boryka się z problemem ciemności. Żeby uzyskać dobry dostęp do światła i rozpocząć fotosyntezę, siewka musi się przebić przez glebę.

Zmiany, które pojawiają się w roślinach okrytonasiennych w ciemności - i które sprawiają, że kiełkująca roślina może przetrwać i przebić się na powierzchnię gleby - to tzw. etiolacja. W czasie etiolacji swoje działanie zmienia aż jedna trzecia genomu rośliny - nawet około 10 tys. genów.

ZIELEŃ W CIEMNOŚCI NIEPOTRZEBNA

Każdy, kto widział kiełki roślin hodowane w ciemnym pomieszczeniu - wie, że nie są one zielone, a raczej blade. To samo dzieje się pod ziemią, kiedy siewka szuka słońca. Zamiast się zielenić, musi ona inwestować we wzrost - piąć się w górę, aby wychynąć spod ziemi.

Nie ma bowiem sensu marnować energii na produkcję kosztownego barwnika - chlorofilu - kiedy słońca brak. Dopiero kiedy światła jest wystarczająco dużo, siewka przerzuci siły na konstrukcję aparatu fotosyntetycznego. Zacznie się zielenić i będzie gotowa, by samodzielnie produkować energię ze światła.

"Kompleksy odpowiedzialne za fotosyntezę są jak skomplikowane puzzle, które układają się na naszych oczach. A my chcemy sprawdzić, co steruje układaniem tych puzzli. To jest celem projektu, w którym aktualnie uczestniczę" - mówi biolog.

Dr Paweł Jedynak badania realizuje w ramach grantu SONATA BIS NCN kierowanego przez dr hab. Beatę Myśliwą-Kurdziel z UJ.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala