zonder ogen, oren, of een centraal zenuwstelsel, planten kunnen de richting van omgevingssignalen waarnemen en reageren om hun overleving te verzekeren.

Bijvoorbeeld, wortels moeten zich door het doolhof van hoeken en gaten in de bodem uitstrekken naar bronnen van water en voedingsstoffen. De verschillende manieren waarop planten deze vertakking sturen om te profiteren van hun omgeving, zijn van groot belang voor wetenschappers en voor mogelijk gebruik door boeren die gewassen nodig hebben die meer voedsel produceren met minder middelen.

Carnegie en Stanford University-bioloog José Dinneny heeft jarenlang bestudeerd hoe wortelgroei reageert op water, vooral door een fenomeen dat hydropatterning wordt genoemd, waardoor planten de wortelvertakking kunnen optimaliseren om de wateropname te maximaliseren.

Net zoals planten zich bovengronds vertakken om toegang te krijgen tot zonlicht, plantenwortels vormen een vertakkend ondergronds netwerk, met zijwortels die uit een hoofdas groeien. De structuur van deze wortelstelselnetwerken moet zodanig worden gereguleerd dat bodemonderzoek wordt geoptimaliseerd, terwijl uitbreiding naar waterarme regio's wordt beperkt.

"We wisten dat planten dit deden - zich vertakken naar water - maar niet het mechanisme van hoe de plant dit omgevingssignaal waarneemt en erop reageert, ' legde Dinneny uit.

Hij en Neil Robbins II, een afgestudeerde student aan Stanford, wilden bepalen of het waargenomen vermogen van een plantenwortel om vertakking naar vocht aan te moedigen en vertakking naar droge grond te ontmoedigen, gelokaliseerd is in enig deel van de wortel, of wordt gedeeld door de hele wortelstructuur.

"Door te begrijpen waar de wortel water waarneemt, kunnen we aanwijzingen krijgen over hoe de plant deze opmerkelijke taak uitvoert, ' zegt Dinneny.

Met behulp van zowel fijnschalige microdissectie als wiskundige modelleringsbenaderingen, ze ontdekten dat de punt van de wortel waar celexpansie de groei stimuleert, op unieke wijze in staat is om vochtsignalen waar te nemen en erop te reageren door de richting te vormen waarin de wortel zich vertakt in de grond. Het gebruik van wiskundige modellering toonde aan dat de perceptie van water, zoals waargenomen door waterbeweging in de wortel, dramatisch werd beïnvloed door de wortelgroeisnelheid.

Hoofdauteur Robbins merkte op:"Toen de wortelgroei vertraagde, het vermogen van de wortel om te reageren op de richting van het water was sterk verminderd. Dit werk geeft aan dat het actieve proces van wateropname door de wortel nodig is om te zien waar water zich in het bodemwater bevindt en om ontwikkelingsgericht te reageren op deze belangrijke milieu-cue."

Om dit werk in de juiste context te plaatsen, het is belangrijk om te beseffen dat er weinig bekend is over hoe planten de overvloed aan water in de omgeving waarnemen en het meeste werk heeft zich gericht op de signaalgebeurtenissen die plaatsvinden op cellulair niveau.

het werk van Robbins en Dinneny, gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences , laat zien dat het groeiproces zelf een fysieke toestand in de plant teweegbrengt die het op unieke wijze mogelijk maakt om op orgelschaal de richting van een broodnodige hulpbron in zijn omgeving waar te nemen.

"De plant lijkt de richting van het water alleen te zien wanneer hij het uit de omgeving probeert te onttrekken. " Dinneny said. "When cell expansion isn't driving growth, the ability to see the direction for water is reduced, and the root either can't see or doesn't care where water is and starts making branches in every direction."  

Using the flux of water as a key metric of water availability may provide an important way in which the plant can convert the outside picture of where water is in soil into an internal biophysical pattern that plants can then interpret. Understanding how plants optimize this process for particular soil environments may enable the production of more water-efficient plants. When it comes to the importance of water for plants, a picture can be worth a thousand words.