Botanicy już w XIX w. odkryli, że liście mają aparaty szparkowe i skomplikowane wewnętrzne sieci kanałów powietrznych. Do tej pory nie było jednak jasne, w jaki sposób te przestrzenie powstają we właściwych miejscach, aby zapewnić stały dostęp CO2 do każdej komórki.
W nowym badaniu, prowadzonym przez naukowców z Institute for Sustainable Food na University of Sheffield, wykorzystano techniki manipulacji genetycznej, co doprowadziło do odkrycia, że im liczniejsze aparaty szparkowe w liściu, tym więcej powstaje wewnętrznej przestrzeni do transportu powietrza. Kanały działają jak oskrzeliki – niewielkie rozgałęzienia, które transportują powietrze w płucach u ludzi i zwierząt.
We współpracy z kolegami z University of Nottingham i Lancaster University naukowcy wykazali, że ruch CO2 poprzez aparaty szparkowe w liściach determinuje kształt i skalę sieci przestworów powietrznych.
To znaczący krok w stronę zrozumienia wewnętrznej struktury liścia i tego, jak funkcjonowanie tkanek może wpływać na ich rozwój – wykraczający nawet poza biologię roślin, np. w kierunku biologii ewolucyjnej.
Badanie pokazuje również, że pszenica uprawiana przez wiele pokoleń ma mniej szparek w liściach i mniej kanałów powietrznych, co sprawia, że liście są bardziej zwarte i mogą rosnąć przy mniejszym wykorzystaniu wody.
Dzięki tym odkryciom pojawia się szansa na uprawy o mniejszym zapotrzebowaniu wody, poprzez zmianę wewnętrznej struktury liści. Naukowcy z Institute for Sustainable Food stworzyli ryż i pszenicę, które mogą przetrwać ekstremalne warunki suszy.
„Aż do tej pory rośliny formowały swoje wewnętrzne sieci kanałów powietrznych w zagadkowy dla biologów sposób. Główne odkrycie wskazuje, że ruch powietrza w liściach kształtuje ich wewnętrzną pracę, a to może mieć wpływ na sposób, w jaki myślimy o ewolucji roślin. Fakt, że ludzie przypadkowo wpłynęli na oddychanie roślin, uzyskując pszenicę, która wymaga mniej wody, sugeruje, że moglibyśmy skupić się na kanałach powietrznych, aby wyhodować odmiany o większej odporności na suszę” — powiedział prof. Andrew Fleming z University of Sheffield.
Jak podkreśliła dr Marjorie Lundgren z Lancaster University, naukowcy od dawna podejrzewali, iż rozwój aparatów szparkowych jest powiązany z rozwojem przestrzeni powietrznych w liściach. „Nie wiedzieliśmy jednak, co na co wpływa. Wykorzystując tomografię komputerową nasz zespół był w stanie odpowiedzieć na to pytanie w odniesieniu do wielu różnych gatunków o rozmaitych strukturach liści. Wykazaliśmy, że rozwój aparatów szparkowych inicjuje rozwój kanałów powietrznych i poszliśmy o krok dalej, pokazując, że szparki właściwie muszą wymieniać gazy, aby przestrzenie się rozszerzały. Historia jest zatem dużo bardziej interesująca, powiązana z fizjologią” — podkreśliła. (PAP)