Ako sa organizmy rozhodujú, kedy rásť a kedy už nie? Možno to vyzerá ako jednoduchá otázka. Pre rastliny, natrvalo zakorenené v zemi, je to však problém typu byť, či nebyť. Americké biologičky teraz zistili, že za riešenie shakespearovskej otázky sú zodpovedné bunky na povrchu rastliny.
Musia sa prispôsobiť
V sci-fi románe Johna Wyndhama Deň trifidov sa rastliny naučili chodiť. V reálnom živote ich však príroda obdarila iba koreňmi a výhonkami, preto si nemôžu vybrať lepšie životné prostredie. Na miesto svojho trvalého pobytu sa musia prispôsobiť, a od narodenia majú len jedinú šancu: meniť tvar a veľkosť podľa toho, ako sa mení prostredie.
"Trvalo nám 10 rokov, kým sme vyvinuli nástroje na skúmanie tejto otázky," povedala biologička Joanne Choryová z dobročinného Medicínskeho inštitútu Howarda Hughesa (HHMI), ktorý zriaďuje a financuje svoje pracoviská po celých Spojených štátoch. "Som veľmi rada, že po takom dlhom čase konečne môžeme vidieť výsledky."
Výskum Choryovej, ktorý robila spolu so Sigal Savaldi-Goldsteinovou v Salkovom biologickom inštitúte v americkej La Jolle, publikoval prestížny Nature a okomentoval internetový bulletin HHMI News.
Kde je centrum riadenia?
Ako sa teda rastliny rozhodnú, či začať rásť? O tejto zdanlivo jednoduchej otázke prírodovedci diskutovali neuveriteľných sto rokov.
Vedkyne skúmali tri vrstvy pletiva, ktoré tvoria výhonky. Prvou je rastlinná epiderma (pokožka), zložená najmä z voskovitého obalu. Druhou mezofyl, kde je uložené zelené farbivo (chloroplasty), v ktorom prebieha fotosyntéza. Treťou cievny systém, ktorý dopravuje vodu a živiny.
"Veľmi dlho sa debatovalo o tom, či rast kontroluje iba jedna z vrstiev, alebo či sú potrebné všetky tri," povedala Choryová. "Náš výskum ukazuje, že centrom riadenia rastu je vonkajšia epiderma. Navyše sme ukázali, že bunky v epiderme komunikujú s bunkami vo vnútorných vrstvách a informujú ich o tom, že majú rásť."
Experimenty s bielou myšou
Desaťročný výskum robili na známej rastline arábovke, čo je vlastne pokusná biela myška v rastlinnej ríši. Ich práca ukázala, že počas rastu spolu komunikujú bunky jednotlivých vrstiev smerom od epidermy (pokožky) do vnútra. Tak si rastlina zabezpečuje kompaktný a dobre organizovaný vývoj nových výhonkov.
Pri výskume vedkyniam azda najviac pomohol Choryovej objav kľúčovej skupiny hormónov zo skupiny brassinosteroidov. Objavili aj receptory pre tieto hormóny a genetické faktory, regulujúce ich produkciu a ukladanie v rôznych vrstvách pletív. Brassinolid je významný rastový hormón, reagujúci na svetlo. Riadi základné reakcie, nevyhnutné na prežitie rastliny: získať dostatok svetla a zosilniť stonku tak, aby udržala listy.
Že rastový signál pochádza z epidermy, zistila Goldsteinová pri experimentoch s trpasličou formou Arabidopsis (arábovky), ktorá je rastlinnou obdobou pokusných bielych myší. Goldsteinové na nej skúmala účinky tvorby novoobjavených hormónov vo vonkajších a vnútorných vrstvách výhonkov.
Zistila pozoruhodnú vec: tvorba a prenos hormónov z epidermy urobili z trpasličej formy rastlinu s normálnym vzrastom. Naopak, keď sa aktivoval gén v epiderme, obmedzujúci účinky brassinolidov, rast sa zastavil.
Strážca prostredia aj výživy
Epiderma, ktorá pomáha rastline získavať vodu a regulovať výmenu plynov, je strážcom vonkajšieho prostredia (podobne ako gén p53 v našom tele naopak stráži
vnútorné prostredie, aby sa v ňom nerozvinula rakovina). Táto najvýznamnejšia zložka rastliny teda rozhodne o vhodnom čase na rast, a povel odovzdá do vnútra s pomocou rastových hormónov.
Zmapovanie všetkých faktorov, ktoré sa zapájajú do "rozhovoru" medzi bunkami epidermy a vnútorných vrstiev, si vyžiada ďalší náročný výskum. Spôsob komunikácie buniek, kde hrá rolu veľa faktorov, patrí k najzaujímavejším problémom biológie.
"Naša štúdia ukazuje, že cieľovým stanoviskom pre rastové hormóny je epiderma. Ukázali sme tiež, že tieto hormóny pôsobia lokálne. Ďalšie štúdie iných rastlinných hormónov v iných orgánoch, napríklad koreňoch, nám pomôžu spoznať ďalšie miesta ich pôsobenia. Dokážeme tak s pomocou modelov predpovedať, ako spolupracujú a ako vytvárajú takú úžasnú rôznorodosť tvarov a foriem, ktorú vidíme napríklad u kvitnúcich rastlín," povedala Choryová.
Výskum je významným príspevkom k základným znalostiam o prežívaní rastlín v prírode. Bude mať oveľa širšie využitie, najmä ak sa počet ľudí žijúcich na Zemi bude naďalej zvyšovať (v roku 2050 by podľa niektorých odhadov malo na planéte žiť okolo deväť miliárd ľudí).
Znalosť základných mechanizmov života rastlín povedie k zvýšeniu výnosov a zníženiu spotreby hnojív a pesticídov. Výroba rastových hormónov sa môže stať nevyhnutnou oblasťou výskumu rastlinnej biológie s významným dopadom na komerčné poľnohospodárstvo.
Náš obdiv patrí tentoraz rastlinám
Na tomto mieste často píšeme o šimpanzoch, praľuďoch, mozgoch a chorobách moderných ľudí, architektonických klenotoch, či o iných historických epochách. Pri čítaní článku o pozoruhodnom výskume Jeanne Choryovej a Sigal Savaldi-Goldsteinovej som si uvedomil, že zázraky sa odohrávajú aj v rastlinnej ríši, občas tak trochu prehliadanej. Aj tam sa rozhoduje o živote a smrti, aj tam bunky riešia každodenný problém prežitia, aj tam musia hľadať spôsoby, ako sa dohodnúť so vzdialenými časťami organizmu (toto slovo som použil úmyselne, pretože začínam mať pocit, že rastliny sú oveľa viac než iba zelená stonka, listy, kvet a korene v zemi).
Práve na tomto výskume vynikne okrem pretrvávajúcej záhadnosti ríše rastlín aj niečo iné, a to je sila základného výskumu. Niekto sa môže opýtať: Načo je nám dobré, že vieme o rastlinách o čosi viac? Okrem klasickej odpovede, že v tom magickom vedieť viac spočíva nátura človeka, možno odpovedať aj inak: Vedieť viac znamená byť nielen múdrejší, ale aj praktickejší. S nakŕmením ľudí je problém už teraz, a ak by sme nedokázali vyvíjať nové biotechnológie (odkaz pre Greenpeace - a samozrejme aj nové geneticky modifikované rastliny), perspektívy by boli smutné.
