Τι είναι ο Γεωτροπισμός ή ο Γραβιτροπισμός;

Το γεωτροπία είναι η επίδραση της βαρύτητας στην κίνηση των φυτών. Geotropismo προέρχεται από τις λέξεις «geo» που σημαίνει γη και «τροπισμό», που σημαίνει κίνηση που προκαλείται από ένα ερέθισμα (Opik & Rolfe, 2005).

Σε αυτή την περίπτωση, το ερέθισμα είναι βαρύτητα και τι κινείται είναι το φυτό. Δεδομένου ότι το ερέθισμα είναι η βαρύτητα, αυτή η διαδικασία είναι επίσης γνωστή ως βαρυτοπλασμός (Chen, Rosen, & Masson, 1999, Hangarter, 1997).

Για πολλά χρόνια αυτό το φαινόμενο προκάλεσε την περιέργεια των επιστημόνων, οι οποίοι έχουν διερευνήσει πώς γίνεται αυτό το κίνημα στα φυτά.

Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι διάφορες περιοχές του φυτού αναπτύσσονται σε αντίθετες κατευθύνσεις (Chen et al., 1999, Morita, 2010, Toyota & Gilroy, 2013)..

Έχει παρατηρηθεί ότι η βαρύτητα διαδραματίζει θεμελιώδη ρόλο στην καθοδήγηση των φυτών μέρη: το άνω τμήμα, που σχηματίζεται από το στέλεχος και τα φύλλα, μεγαλώνει προς τα πάνω (αρνητικός βαροτροπισμός), ενώ η κάτω περιοχή αποτελείται από το ρίζες, αυξάνεται προς τα κάτω προς την κατεύθυνση της βαρύτητας (θετικός βαρυτοτροπισμός) (Hangarter, 1997).

Αυτές οι μεσολαβούμενες από τη βαρύτητα κινήσεις διασφαλίζουν ότι οι εγκαταστάσεις εκτελούν σωστά τις λειτουργίες τους.

Η κορυφή βρίσκεται αντιμέτωπη με το φως του ήλιου για τη φωτοσύνθεση, και το κάτω μέρος είναι στραμμένη προς το κάτω μέρος της γης, έτσι ώστε οι ρίζες μπορούν να φθάσουν το νερό και θρεπτικά συστατικά απαραίτητα για την ανάπτυξή τους (Chen et al., 1999 ).

Πώς συμβαίνει ο γεωττροπισμός;?

Τα φυτά είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στο περιβάλλον, μπορούν να επηρεάσουν την ανάπτυξή τους, ανάλογα με τα σήματα που λαμβάνουν, για παράδειγμα, το φως, τη βαρύτητα, την αφή, θρεπτικά συστατικά και νερό (Wolverton, Paya, και Τόσκα, 2011).

Ο γεωτροπισμός είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει σε τρεις φάσεις:

1. Ανίχνευση: η αντίληψη της βαρύτητας πραγματοποιείται από εξειδικευμένα κύτταρα που ονομάζονται statocysts.

2. Μεταγωγή και μετάδοση: το φυσικό ερέθισμα της βαρύτητας μετατρέπεται σε ένα βιοχημικό σήμα που μεταδίδεται σε άλλα κύτταρα του φυτού.

3. Απάντηση: τα κύτταρα-δέκτες αναπτύσσονται με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργείται καμπυλότητα που αλλάζει τον προσανατολισμό του οργάνου. Έτσι, οι ρίζες αναπτύσσονται προς τα κάτω και οι μίσχοι προς τα πάνω, ανεξάρτητα από τον προσανατολισμό του φυτού (Masson et al., 2002, Toyota & Gilroy, 2013).

Εικόνα 1. Παράδειγμα γεωττροπισμού σε ένα φυτό. Σημειώστε τη διαφορά στον προσανατολισμό των ριζών και του στελέχους. Επεξεργασμένο από: Katherine Briceño.

Γεωτροπισμός στις ρίζες

Το φαινόμενο της κλίσης της ρίζας προς τη βαρύτητα μελετήθηκε για πρώτη φορά πριν από πολλά χρόνια. Στο διάσημο βιβλίο "Η δύναμη της κίνησης στα φυτά", Ο Charles Darwin ανέφερε ότι οι ρίζες των φυτών τείνουν να αυξάνονται προς τη βαρύτητα (Ge & Chen, 2016).

Η βαρύτητα εντοπίζεται στην άκρη της ρίζας και αυτή η πληροφορία μεταδίδεται στη ζώνη επιμήκυνσης, για να διατηρηθεί η κατεύθυνση της ανάπτυξης.

Εάν οι αλλαγές του προσανατολισμού σε σχέση με το πεδίο βαρύτητας, τα κύτταρα ανταποκρίνονται αλλάζοντας το μέγεθός τους, έτσι ώστε η κορυφή της ρίζας για να συνεχίσει να αυξάνεται προς την ίδια κατεύθυνση της βαρύτητας που παρουσιάζουν θετική γεωτροπισμός (Sato, Hijazi, Bennett, Vissenberg, και Swarup , 2017, Wolverton et αϊ., 2011).

Ο Δαρβίνος και ο Ciesielski έδειξαν ότι υπήρχε μια δομή στην άκρη των ριζών που ήταν απαραίτητη για να συμβεί ο γεωτροπισμός, αυτή η δομή ονομάστηκε "καπάκι".

Υποστηρίχθηκαν ότι το πώμα ήταν υπεύθυνο για την ανίχνευση αλλαγών στον προσανατολισμό των ριζών σε σχέση με τη δύναμη της βαρύτητας (Chen et al., 1999).

Αργότερα μελέτες έδειξαν ότι στο καπάκι υπάρχουν ειδικά κύτταρα που καθιζάνουν προς την κατεύθυνση της βαρύτητας, αυτά τα κύτταρα ονομάζονται statocysts.

Οι statocysts περιέχουν δομές παρόμοιες με τις πέτρες, οι οποίες ονομάζονται αμυλοπλάστες επειδή είναι γεμάτες άμυλο. Αμυλοπλάστες να είναι πολύ πυκνό δεξιά ιζημάτων στην άκρη των ριζών (Chen et al, 1999?.. Sato et al, 2017 Wolverton et al, 2011).

Από τις πρόσφατες μελέτες της κυτταρικής και μοριακής βιολογίας, έχει βελτιωθεί η κατανόηση του μηχανισμού που διέπει τη γεωμετρική ρίζα.

Έχει δειχθεί ότι αυτή η διαδικασία απαιτεί την μεταφορά ενός αυξητικής ορμόνης που ονομάζεται αυξίνης, όπως των μεταφορών είναι γνωστή ως πολικό μεταφοράς αυξίνης (Chen et al, 1999?. Sato et al, 2017)..

Αυτό περιγράφεται στη δεκαετία του 1920 στο μοντέλο Cholodny-Wents, η οποία προτείνει ότι οι καμπυλότητες της ανάπτυξης λόγω της άνισης κατανομής του αυξίνης (Opik & Rolfe, 2005).

Γεωτροπισμός στους μίσχους

Ένας παρόμοιος μηχανισμός εμφανίζεται στους μίσχους των φυτών, με τη διαφορά ότι τα κύτταρα τους ανταποκρίνονται διαφορετικά στην αυξίνη.

Σε βλαστοί στελεχών, η αύξηση της τοπικής συγκέντρωσης της αυξίνης προωθεί την επέκταση των κυττάρων. το αντίθετο συμβαίνει στα κύτταρα της ρίζας (Morita, 2010, Taiz & Zeiger, 2002).

Η διαφορική ευαισθησία στην αυξίνη βοηθά στην εξήγηση της αρχικής παρατήρησης του Δαρβίνου ότι τα στελέχη και οι ρίζες ανταποκρίνονται με αντίθετο τρόπο στη βαρύτητα. Τόσο στις ρίζες όσο και στους μίσχους, η αυξίνη συσσωρεύεται προς την βαρύτητα, στην κάτω πλευρά.

Η διαφορά είναι ότι τα βλαστικά κύτταρα ανταποκρίνονται με αντίθετους τρόπους στα ριζικά κύτταρα (Chen et al., 1999, Masson et al., 2002).

Στις ρίζες, η κυτταρική επέκταση αναστέλλεται στην κάτω πλευρά και παράγεται η καμπυλότητα προς τη βαρύτητα (θετικός βαρυτοτροπισμός).

Σε μίσχους, αυξίνη συσσωρεύεται επίσης στην κάτω πλευρά, ωστόσο, οι αυξήσεις κυτταρική επέκταση και έχει ως αποτέλεσμα την καμπυλότητα του στελέχους απέναντι από την βαρύτητα (αρνητική βαροτροπισμός) (Hangarter 1997 νόημα? Morita, 2010? Taiz & Zeiger, 2002).

Αναφορές

1. Chen, R., Rosen, Ε. & Masson, Ρ. Η. (1999). Γραβιτροπισμός σε ανώτερα φυτά. Plant Physiology, 120, 343-350.
2. Ge, L., & Chen, R. (2016). Αρνητικός βαρυτοπισμός στις ρίζες των φυτών. Φυτά φύσης, 155, 17-20.
3. Hangarter, R.P. (1997). Βαρύτητα, ελαφριά και φυτική μορφή. Plant, Cell και Περιβάλλον, 20, 796-800.
4. Masson, Ρ.Η., Tasaka, Μ, Morita, Μ Τ, Guan, C., Chen, R., Masson, Ρ.Η., ... Chen, R. (2002). Arabidopsis thaliana: ένα μοντέλο για τη μελέτη της βαρύτητας του πυρήνα και του πυροβολισμού (σελ. 1-24).
5. Morita, Μ. Τ. (2010). Directional Gravity Sensing in Gravitropism. Ετήσια ανασκόπηση της φυτικής βιολογίας, 61, 705-720.
6. Öpik, Η., & Rolfe, S. (2005). Η Φυσιολογία των Ανθοκομικών Φυτών. (C. U. Press, Ed.) (4η έκδοση).
7. Sato, Ε.Μ., Hijazi, Η., Bennett, Μ. J., Vissenberg, Κ., & Swarup, R. (2017). Νέες γνώσεις στη ριζική σηματοδότηση. Journal of Experimental Botany, 66 (8), 2155-2165.
8. Taiz, L., & Zeiger, Ε. (2002). Plant Physiology (3η έκδοση). Sinauer Associates.
9. Toyota, Μ., & Gilroy, S. (2013). Γραβιτροπισμός και μηχανική σηματοδότηση σε φυτά. American Journal of Botany, 100 (1), 111-125.
10. Wolverton, C., Paya, Α.Μ., & Toska, J. (2011). Η γωνία του ριζικού καλύμματος και η ταχύτητα βαρυτοτροπικής απόκρισης αποσυνδέονται στο μεταλλαγμένο Arabidopsis pgm-1. Physiology Plantarum, 141, 373-382.