Οι ερευνητές του Duke μελετούν κάτι που συμβαίνει πολύ αργά για να δουν τα μάτια μας. Μια ομάδα στο εργαστήριο του βιολόγου Philip Benfey ήθελε να δει πώς οι ρίζες των φυτών εισχωρούν στο έδαφος. Έτσι, έστησαν μια κάμερα στους σπόρους ρυζιού που βλάστηζαν σε διαυγές τζελ, τραβώντας μια νέα εικόνα κάθε 15 λεπτά για αρκετές ημέρες μετά τη βλάστηση.
Όταν έπαιξαν τα πλάνα τους στα 15 καρέ ανά δευτερόλεπτο, συμπιέζοντας 100 ώρες ανάπτυξης σε λιγότερο από ένα λεπτό, είδαν ότι οι ρίζες του ρυζιού χρησιμοποιούν ένα τέχνασμα για να κερδίσουν την πρώτη τους θέση στο έδαφος: οι αναπτυσσόμενες άκρες τους κάνουν κινήσεις τύπου ανοιχτήρι, κουνώντας και τύλιγμα σε ελικοειδές μονοπάτι.
Χρησιμοποιώντας το μήκος τους σε πλάνα, μαζί με ένα ρομπότ που μοιάζει με ρίζα για να δοκιμάσουν ιδέες, οι ερευνητές απέκτησαν νέες γνώσεις πώς και γιατί οι συμβολές της ρίζας των φυτών στροβιλίζονται καθώς μεγαλώνουν.
Η πρώτη ένδειξη προήλθε από κάτι άλλο που η ομάδα παρατήρησε: μερικές ρίζες δεν μπορούν να κάνουν το ανοιχτήρι. Ο ένοχος, βρήκαν, είναι μια μετάλλαξη σε ένα γονίδιο που ονομάζεται HK1 που τις κάνει να μεγαλώνουν κατ 'ευθείαν προς τα κάτω, αντί να κυκλώνουν και να μαυρίζουν όπως άλλες ρίζες.
Η ομάδα σημείωσε επίσης ότι οι μεταλλαγμένες ρίζες αυξήθηκαν διπλάσιες από τις κανονικές. Το οποίο έθεσε ένα ερώτημα: "Τι κάνει η πιο τυπική ανάπτυξη σπειροειδών άκρων για το φυτό;" είπε ο Yesaya Taylor , μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο του Benfey στο Duke.
Μία από τις πρώτες παραγγελίες για κάθε φυτικό σπόρο είναι να βγάλει την πρώτη του ρίζα. Πλάνα χρονικού διαστήματος και ρομπότ με μαλακό σώμα αποκαλύπτουν πώς οι ρίζες αναζητούν σκληρό έδαφος για το μονοπάτι με λιγότερη αντίσταση.
Οι κινήσεις τυλίγματος στα φυτά ήταν «ένα φαινόμενο που γοήτευσε τον Κάρολο Ντάργουιν», ακόμη και πριν από 150 χρόνια, είπε ο Benfey. Στην περίπτωση των βλαστών, υπάρχει μια προφανής χρησιμότητα: το στρίψιμο και ο κύκλος διευκολύνουν την πρόσφυση καθώς ανεβαίνουν προς το φως του ήλιου. Αλλά πώς και γιατί συμβαίνει στις ρίζες ήταν περισσότερο μυστήριο.
Η βλάστηση των σπόρων αποτελεί πρόκληση, λένε οι ερευνητές. Εάν πρόκειται να επιβιώσουν, η πρώτη μικροσκοπική ρίζα που αναδύεται πρέπει να αγκυρώσει το φυτό και να ανιχνεύσει προς τα κάτω για να απορροφήσει το νερό και τα θρεπτικά συστατικά που χρειάζεται το φυτό.
Αυτό που τους έκανε να σκεφτούν: ίσως σε ρίζες, αυτή η σπειροειδής ανάπτυξη είναι μια στρατηγική αναζήτησης - ένας τρόπος για να βρούμε την καλύτερη πορεία προς τα εμπρός, είπε ο Taylor.
Σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο του καθηγητή φυσικής Daniel GoldmanΣτο Georgia Tech, παρατηρήσεις φυσιολογικών και μεταλλαγμένων ριζών ρυζιού που αναπτύσσονται πάνω από μια διάτρητη πλαστική πλάκα αποκάλυψαν ότι οι φυσιολογικές σπειροειδείς ρίζες είχαν τρεις φορές περισσότερες πιθανότητες να βρουν μια τρύπα και να αναπτυχθούν μέχρι την άλλη πλευρά.
Συνεργάτες στο Georgia Tech και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, η Santa Barbara δημιούργησε ένα μαλακό εύκαμπτο ρομπότ που ξεδιπλώνεται από την άκρη του σαν μια ρίζα και το έβαλε χαλαρό σε μια πορεία εμποδίων που αποτελείται από άνισους αποστάτες.
Για να δημιουργήσει το ρομπότ, η ομάδα πήρε δύο φουσκωτά πλαστικά σωληνάρια και τα έβαλε μεταξύ τους. Η αλλαγή της πίεσης του αέρα ώθησε τον μαλακό εσωτερικό σωλήνα από μέσα προς τα έξω, κάνοντας το ρομπότ επιμηκυμένο από το άκρο. Η σύναψη αντιτιθέμενων ζευγαριών τεχνητών "μυών" έκανε την άκρη του ρομπότ να κάμπτεται δίπλα-δίπλα καθώς μεγάλωνε.
Ακόμα και χωρίς εξελιγμένους αισθητήρες ή χειριστήρια, η ρομποτική ρίζα ήταν σε θέση να ξεπεράσει τα εμπόδια και να βρει ένα μονοπάτι μέσα από τα μανταλάκια. Αλλά όταν σταμάτησε η κάμψη από τη μία πλευρά στην άλλη, το ρομπότ κολλήθηκε γρήγορα σε ένα μανταλάκι.
Τέλος, η ομάδα μεγάλωσε φυσιολογικούς και μεταλλαγμένους σπόρους ρυζιού σε ένα μείγμα βρωμιάς που χρησιμοποιείται για αγρούς μπέιζμπολ, για να τους δοκιμάσει σε εμπόδια που μια ρίζα θα συναντούσε πραγματικά στο έδαφος. Σίγουρα, ενώ οι μεταλλάκτες είχαν πρόβλημα να πάρουν ένα δάκτυλο, οι φυσιολογικές ρίζες με άκρες ανάπτυξης σπειροειδούς μπόρεσαν να περάσουν.
Η ανάπτυξη ανοιχτήρι ρίζας συντονίζεται από την αυξητική ορμόνη φυτικής ουσίας, μια ουσία ανάπτυξης που οι ερευνητές πιστεύουν ότι μπορεί να κινείται γύρω από την άκρη μιας αναπτυσσόμενης ρίζας σε μοτίβο κυματοειδούς. Η συσσώρευση Auxin στη μία πλευρά της ρίζας αναγκάζει αυτά τα κύτταρα να επιμηκύνουν λιγότερο από εκείνα στην άλλη πλευρά και το άκρο της ρίζας κάμπτει προς αυτή την κατεύθυνση.
Τα φυτά που φέρουν τη μετάλλαξη HK1 δεν μπορούν να χορέψουν εξαιτίας ενός ελαττώματος στον τρόπο μεταφοράς της αυξίνης από κύτταρο σε κύτταρο, βρήκαν οι ερευνητές. Αποκλεισμός αυτής της ορμόνης και οι ρίζες χάνουν την ικανότητά τους να περιστρέφονται
Η εργασία βοηθά τους επιστήμονες να καταλάβουν πώς οι ρίζες αναπτύσσονται σε σκληρό, συμπαγές έδαφος
[Robin A.Smith, Veronique Koch Duke University]