Pory roślin ujawniają swoje sekrety
Badania naukowe finansowane ze środków unijnych przyczynią się do przemyślenia na nowo sposobu, w jaki rośliny uwalniają parę wodną do atmosfery w procesie zwanym transpiracją. Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences mają znaczenie dla dziedzin tak różnorodnych jak prognozowanie pogody, zmiany klimatu, rolnictwo czy hydrologia. Źródłem unijnego wsparcia prac był projekt LIFT (Fluorescencja przejściowa wzbudzana laserowo - podejście oparte na teledetekcji w celu skalowania i ilościowego określenia skuteczności wykorzystania światła czynnego fotosyntetycznie w ekosystemach), 3-letnie stypendium dla wyjeżdżających naukowców Marie Curie, który otrzymał 250.000 EUR z budżetu Szóstego Programu Ramowego (6PR). Liście roślin są wyposażone w maleńkie pory w kształcie warg zwane szparkami, przez które rośliny uwalniają parę wodną do atmosfery. Ten proces chłodzi i nawilża atmosferę nad roślinnością oraz wpływa na klimat i opady atmosferyczne. Ponadto przez szparki pobierany jest dwutlenek węgla (CO2), który rośliny wykorzystują w fotosyntezie. Zasadniczo rośliny są w stanie zmienić rozwartość szparek, aby regulować tempo pobierania CO2 i uwalniania pary wodnej. Szparki mają zatem istotny wpływ na wydajność roślin, zmiany klimatu i obieg wody. Jednakże wskazanie mechanizmów kontrolujących rozwartość szparek okazało się trudne. Dlatego też opisy reakcji szparkowej wykorzystywane w modelach komputerowych zmian klimatu są raczej ubogie. "Naukowcy badają szparki od co najmniej 300 lat" - zauważa Joseph Berry z Carnegie Institution w USA. "To niesamowite, że nie mamy dobrego rozeznania, co do mechanizmów regulacyjnych, które kontrolują otwieranie się lub zamykanie szparek w reakcji na stale zmieniające się środowisko." Częściowo problem wiąże się z faktem, że regulacja transpiracji zachodzi w szerokim zakresie skal, począwszy od turbulencji atmosferycznych po kanały w błonach komórkowych tworzące pory szparkowe. Dalsze komplikacje wynikają z faktu, że jest ona badana przez dwie odrębne dyscypliny, które tradycyjnie przyjmowały zdecydowanie odmienne podejścia do problemu. Meteorologowie przyjęli podejście odgórne, badając ilość energii potrzebną na przykład do odparowania wody. Z kolei fizjologowie roślin zwykle koncentrują się na układach czuciowych i ruchach kontrolujących rozwarcie szparek. Dotychczas naukowcy byli przekonani, że komórki szparkowe wokół szparek dostosowywały rozmiar porów w reakcji na światło i inne sygnały środowiskowe. Niemniej ostatnie badania przeprowadzone przez naukowców z Niemiec i USA pokazują, że to energia pochłaniana przez barwniki i wodę głęboko wewnątrz liścia tak naprawdę kieruje tempem utraty wody przez szparki. Doświadczenia przeprowadzone przez zespół wskazują na to, że epiderma liścia jest niezwykle czuła na różnicę między tempem transpiracji a tempem wytwarzania pary wodnej wewnątrz liścia. "To oznacza, że aktualny model tego, co skłania szparki do zmiany rozwarcia musi ulec zmianie" - zauważa stypendysta Marie Curie, Roland Pieruschka z Carnegie Institution (obecnie w Centrum Badawczym Jülich w Niemczech). "Przez długi czas naukowcy byli przekonani, że ciepło słoneczne absorbowane przez barwniki, przemieszcza się z jednej komórki do drugiej, aż dotrze do jamy poniżej szparek, gdzie jak sądzono zachodzi parowanie. Prawdopodobnie do pewnego stopnia tak właśnie jest, niemniej zaprezentowane tutaj wyniki są bardziej spójne z naszą hipotezą, że znaczna część tego ciepła jest przenoszona przez przestrzenie powietrzne w liściu, które są nasycone parą wodną."
Kraje
Niemcy, Stany Zjednoczone