Mimea ina wakoloni walio wengi ya uso wa dunia. Kwa hivyo ni nini ufunguo wa mafanikio yao?
Watu mara nyingi hufikiria mimea kama viumbe rahisi na visivyo na maana. Wanaweza kuishi katika sehemu moja, lakini wanasayansi zaidi wanajifunza kuhusu mimea, ngumu zaidi na msikivu tunatambua walivyo. Wao ni bora katika kukabiliana na hali ya ndani. Mimea ni wataalamu, wanaotumia kikamilifu kile kilicho karibu na mahali ambapo huota.
Kujifunza juu ya ugumu wa maisha ya mmea ni zaidi ya kustaajabisha kwa watu ingawa. Kusoma mimea pia ni juu ya kuhakikisha bado tunaweza kupanda mazao katika siku zijazo mabadiliko ya hali ya hewa yanafanya hali ya hewa yetu kuwa mbaya zaidi.
Ishara za mazingira hutengeneza ukuaji na maendeleo ya mimea. Kwa mfano, mimea mingi hutumia urefu wa siku kama kiashiria ili kuchochea maua. Nusu iliyofichwa ya mimea, mizizi, pia hutumia ishara kutoka kwa mazingira yao ili kuhakikisha umbo lake limeboreshwa ili kutafuta maji na virutubisho.
Mizizi hulinda mimea yao kutokana na mikazo kama vile ukame kwa kurekebisha umbo lake (kuweka matawi ili kuongeza zao eneo la uso, kwa mfano) kutafuta maji zaidi. Lakini hadi hivi majuzi, hatukuelewa jinsi mizizi inavyohisi kama maji yanapatikana katika udongo unaouzunguka.
Maji ni molekuli muhimu zaidi duniani. Mengi au kidogo sana yanaweza kuharibu mfumo ikolojia. Athari mbaya ya mabadiliko ya hali ya hewa (kama inavyoonekana hivi majuzi huko Uropa na Afrika mashariki) inaleta mafuriko na ukame zaidi ya kawaida. tangu mabadiliko ya tabia nchi is kutengeneza mifumo ya mvua inazidi kuwa mbaya, kujifunza jinsi mimea inavyoitikia uhaba wa maji ni muhimu kwa kufanya mazao kuwa sugu zaidi.
Timu yetu ya wanasayansi wa mimea na udongo na wanahisabati hivi karibuni kugundua jinsi mizizi ya mimea kurekebisha sura zao ili kuongeza uchukuaji wa maji. Mizizi kawaida hutawi kwa usawa. Lakini wao husitisha kufanya matawi wanapopoteza kugusana na maji (kama vile kukua kupitia mwanya uliojaa hewa kwenye udongo) na mizizi huanza kufanya matawi mara tu inapounganishwa tena na udongo unyevu.
Timu yetu iligundua kuwa mimea hutumia mfumo unaoitwa ishara ya maji kusimamia ambapo mizizi inatawi katika kujibu upatikanaji wa maji katika udongo.
Hydrosignalling ni njia ambayo mimea huhisi maji yalipo, si kwa kupima viwango vya unyevu moja kwa moja bali kwa kuhisi molekuli nyinginezo zinazoweza kuyeyuka zinazosonga na maji ndani ya mimea. Hii inawezekana tu kwa sababu (tofauti seli za wanyama) seli za mimea zimeunganishwa kwa pores ndogo.
Matundu haya huwezesha maji na molekuli ndogo mumunyifu (pamoja na homoni) kusonga pamoja kati mizizi seli na tishu. Maji yanapochukuliwa na mzizi wa mmea, husafiri kupitia seli za epidermal za nje.
Seli za mizizi ya nje pia zina a homoni ambayo inakuza matawi inayoitwa auxin. Kuchukua maji huchochea matawi kwa kuhamasisha auxin ndani hadi tishu za mizizi ya ndani. Wakati maji haipatikani tena nje, sema wakati mizizi inakua kupitia pengo lililojaa hewa, ncha ya mizizi bado inahitaji maji kukua.
Kwa hivyo wakati mizizi haiwezi kuchukua maji kutoka kwa udongo lazima itegemee maji kutoka kwa mishipa yao wenyewe ndani ya mizizi. Hii inabadilisha mwelekeo wa harakati ya maji, na kuifanya sasa kusonga nje, ambayo inasumbua mtiririko wa auxin ya homoni ya matawi.
Kiwanda pia hufanya homoni ya kupambana na matawi iitwayo ABA katika mishipa yake ya mizizi. ABA husogea na mtiririko wa maji pia, katika mwelekeo tofauti na auxin. Kwa hivyo wakati mizizi huchota maji kutoka kwa mishipa ya mimea, mizizi pia huchota homoni ya kuzuia matawi kuelekea yenyewe.
ABA husimamisha matawi ya mizizi kwa kufunga vinyweleo vyote vidogo vinavyounganisha seli za mizizi—kama vile milango ya mlipuko kwenye meli. Hii inaziba seli za mizizi kutoka kwa kila mmoja na kuacha auxin kusonga kwa uhuru na maji, kuzuia matawi ya mizizi. Mfumo huu rahisi huruhusu mizizi ya mimea kurekebisha sura yao kwa hali ya maji ya ndani. Ni inayoitwa xerobranching (tamka zerobranching).
Utafiti wetu pia uligundua kuwa mizizi ya mmea hutumia mfumo sawa ili kupunguza upotezaji wa maji kama machipukizi yake. Majani huacha kupoteza maji wakati wa hali ya ukame kwa kuziba vinyweleo vidogo vinavyoitwa stomata kwenye nyuso zao. Kufungwa kwa stomata pia huchochewa na homoni ya ABA. Vile vile, katika mizizi ABA inapunguza upotevu wa maji kwa kufunga nano-pores inayoitwa plasmodesmata ambayo huunganisha kila seli ya mizizi pamoja.
Mizizi kutoka kwa nyanya, thale cress, mahindi, ngano na shayiri zote hujibu unyevu kwa njia hii, licha ya kubadilika katika udongo tofauti na hali ya hewa. Kwa mfano, nyanya asili yake katika jangwa la Amerika Kusini, wakati thale cress inatoka katika mikoa yenye halijoto ya Asia ya kati. Hii inaonyesha kuwa xerobranching ni sifa ya kawaida katika mimea ya maua, ambayo ni zaidi ya miaka milioni 200 kuliko mimea isiyo na maua kama vile ferns.
Mizizi kutoka kwa ferns, aina ya mimea ya ardhi inayoendelea mapema, haijibu maji kwa njia hii. Mizizi yao inakua zaidi sare. Hii inaonyesha kwamba aina za maua ni bora kuzoea maji mkazo kuliko mimea ya ardhini ya mapema kama vile ferns.
Mimea inayotoa maua inaweza kutawala anuwai ya mifumo ikolojia na mazingira kuliko spishi zisizo na maua. Kwa kuzingatia mabadiliko ya haraka ya mifumo ya mvua kote ulimwenguni, uwezo wa mimea kuhisi na kukabiliana na anuwai ya hali ya unyevu wa udongo ni muhimu zaidi sasa kuliko hapo awali.