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Agricoltura moderna
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In passato abbiamo scritto di ricerche che dimostrano che le piante sono migliori nel ridurre la compattazione del suolo rispetto ai ripuntatori. Ma come possono farlo? Bene, la storia di oggi ci dà la risposta per gentile concessione dei ricercatori della Duke University. Grazie a Robin Smith e Veronique Koch per questa eccellente storia! Assicurati di guardare le radici danzare nel video 1:12 alla fine della storia.
I ricercatori della Duke hanno studiato qualcosa che accade troppo lentamente per essere visto dai nostri occhi. Un team composto dal biologo Philip Benfey ' Il laboratorio di S voleva vedere come le radici delle piante si insinuano nel terreno. Quindi hanno installato una fotocamera sui semi di riso che germogliano in un gel trasparente, scattando una nuova foto ogni 15 minuti per diversi giorni dopo la germinazione.
Quando hanno riprodotto il loro filmato a 15 fotogrammi al secondo, comprimendo 100 ore di crescita in meno di un minuto, hanno visto che le radici del riso usano un trucco per ottenere il loro primo punto d'appoggio nel terreno:le loro punte in crescita fanno movimenti simili a cavatappi, ondeggiando e si snoda in un percorso elicoidale.
Utilizzando il loro filmato time-lapse, insieme a un robot simile a una radice per testare le idee, i ricercatori hanno ottenuto nuove informazioni su come e perché le punte delle radici delle piante ruotano man mano che crescono.
Il primo indizio è venuto da qualcos'altro che il team ha notato:alcune radici non possono fare la danza del cavatappi. Il colpevole, hanno scoperto, è una mutazione in un gene chiamato HK1 che le fa crescere dritte verso il basso, invece di girare in cerchio e serpeggiare come fanno le altre radici.
Il team ha anche notato che le radici mutanti sono cresciute due volte più profonde di quelle normali. Il che ha sollevato una domanda:"Cosa fa la più tipica crescita della punta a spirale per la pianta?" disse Isaiah Taylor , un associato post-dottorato nel laboratorio di Benfey alla Duke.
I movimenti sinuosi nelle piante erano "un fenomeno che affascinava Charles Darwin", anche 150 anni fa, ha detto Benfey. Nel caso dei germogli, c'è un'ovvia utilità:attorcigliarsi e girare in cerchio facilita la presa mentre si arrampicano verso la luce del sole. Ma come e perché avvenga nelle radici era più un mistero.
I semi che germogliano hanno una sfida, dicono i ricercatori. Se vogliono sopravvivere, la prima minuscola radice che emerge deve ancorare la pianta e sondare verso il basso per aspirare l'acqua e le sostanze nutritive di cui la pianta ha bisogno per crescere.
Il che li ha portati a pensare:forse nelle punte delle radici questa crescita a spirale è una strategia di ricerca, un modo per trovare il miglior percorso da seguire, ha affermato Taylor.
Negli esperimenti eseguiti nel laboratorio del professore di fisica Daniel Goldman al Georgia Tech, le osservazioni di radici di riso normali e mutanti che crescono su un piatto di plastica perforato hanno rivelato che le normali radici a spirale avevano tre volte più probabilità di trovare un buco e crescere dall'altra parte.
Collaboratori presso Georgia Tech e University of California, Santa Barbara ha costruito un robot morbido e flessibile che si srotola dalla sua punta come una radice e lo ha lasciato libero in un percorso a ostacoli costituito da pioli distanziati in modo irregolare.
Per creare il robot, il team ha preso due tubi di plastica gonfiabili e li ha inseriti uno dentro l'altro. La modifica della pressione dell'aria ha spinto la camera d'aria morbida dall'interno verso l'esterno, facendo allungare il robot dalla punta. La contrazione di coppie opposte di "muscoli" artificiali ha fatto piegare la punta del robot mentre cresceva.
Anche senza sofisticati sensori o controlli, la radice robotica era ancora in grado di superare gli ostacoli e trovare un percorso attraverso i pioli. Ma quando la flessione laterale si è interrotta, il robot è rimasto rapidamente bloccato contro un piolo.
Infine, il team ha coltivato semi di riso normali e mutanti in una miscela di terra usata per i campi da baseball, per testarli sugli ostacoli che una radice potrebbe effettivamente incontrare nel terreno. Abbastanza sicuro, mentre i mutanti avevano difficoltà a trovare un punto d'appoggio, le radici normali con punte che crescevano a spirale erano in grado di scavare.
La crescita a cavatappi della punta di una radice è coordinata dall'ormone vegetale auxina, una sostanza di crescita che i ricercatori ritengono possa muoversi attorno alla punta di una radice in crescita in un modello ondulatorio. L'accumulo di auxina su un lato della radice fa sì che quelle cellule si allunghino meno di quelle sull'altro lato e la punta della radice si pieghi in quella direzione.
Le piante che portano la mutazione HK1 non possono ballare a causa di un difetto nel modo in cui l'auxina viene trasportata da cellula a cellula, hanno scoperto i ricercatori. Blocca questo ormone e le radici perdono la capacità di ruotare.
Il lavoro aiuta gli scienziati a capire come crescono le radici in un terreno duro e compatto.
https://today.duke.edu/2021/02/time-lapse-reveals-hidden-dance-roots
