Zmysły roślin-grawitacja

Rośliny mają orientację w terenie, inną niż nasza, ale wiedzą w jakim się podłożu, na jakim terenie, wiedzą gdzie są góra i dół. Nawet, gdy odwróciły siewkę do góry nogami ona i tak wypuści korzonki na dół, liścienie w górę, dorosła roślina również się odwróci sama, korzenie będą rosły w dół, gałęzie i pień w górę, wąsy czepne wyczuwają podpory, a kanianka pomidora. Eksperyment z siewkami przeprowadził Henri Louis Duhamel de Monceau, inspektor morski i botanik z Francji, zauważył, że siewki ustawione do góry korzonkiem, skierują go na dół, a liścienie w górę, korzenie mają grawitropizm dodatni, rosną w kierunku działania siły ciążenia, nadziemne części mają grawitropizm ujemny, rosną odwrotnie. Thomas Andrew Knight z Towarzystwa Królewskiego zbudował napędzaną wodą maszynę w kształcie koła obracanego wodą, do koła przymocował płytę, na płycie umieścił we wszystkich kierunkach siewki fasoli, puścił koło w ruch, wszystkie siewki wytworzyły korzenie na zewnątrz maszyny, liścienie i inne nadziemne części do środka. Karol Darwin z synem Francisem obcięli siewkom fasoli, groszku i ogórka wierzchołki korzeni na różnej długości i posadzili je na wilgotnej ziemi, siewki wypuszczały korzenie w tym kierunku, w którym leżały, wystarczyło do tego obcięcie pół mm korzenia, ale kiedy korzonek odrósł to kierował się w dół, okazało się, że wierzchołek korzenia wyczuwa grawitację. Darwin przypiął siewki do ziemi, po 90 godzinach obciął im wierzchołki korzeni, które już zdążyły uróść w dół, te 90 minut wystarczyło, by siewki rozpoznały grawitację i mimo obcięcia stożka wzrostu dalej rosły korzeniami w dół, łodygą w górę. Obaj Darwinowie powtórzyli eksperyment wypalając końce korzonków azotanem srebra. Później okazało się, że to czapeczka na stożku wzrostu reaguje na grawitację. Mimo jego odcięcia reszta rośliny dalej rośnie w górę.

Maarten Koornnef miał rośliny z uszkodzonym DNA, które nie znały kierunku góra-dół, odkryto je odwracając doniczki o 180 st. Większość siewek odzyskała kierunek, ale część nie, były takie które straciły geotropizm dodatni oraz takie, które straciły ujemny, rzodkiewnik z mutacją genu strach na wróble miał normalny wzrost korzenia, a łodygi rosły poziomo, wilec płaczący ma mutacje genów strach na wróble.

Naukowcy z Laboratorium Phila Benfeya na Uniwesrytecie Nowojorskim sprawdzili, która część pędu odczuwa grawitację. Okazało się, że gen strach na wróble potrzebny jest do wytworzenia endodermy, półprzepuszczalnej bariery drewna, która decyduje co przeniknie do naczyń, mutanty nie miały endodermy, miały słabe korzenie, ale i tak znały kierunek pionu. Pozbawione epidermy pędy nie wiedzą gdzie góra i dół, w pędzie receptorem grawitacji w łodydze jest endoderma, w korzeniu czapeczka. Komórki środkowej części czapeczki mają statolity, kuliste organella cięższe od innych, kiedy korzeń ułoży się na boku to statolity idą na dół, w łodygach są w endodermie, przewrócona łodyga powoduje opadnięcie statolitów na dół, to one są receptorami grawitacji, a narządy zmysłu to czapeczka i endoderma. John Kiss z uniwersytetu w Miami potwierdził, że korzenie rosną zgodnie z kierunkiem grawitacji. Korzeń wyczuwa kierunek grawitacji, wierzchołek pędu widzi światło, kanianka czuje zapach pomidora, wszystkie te reakcję są wygięciem w stronę bodźca.

Duński fizjolog roślin Peter Boysen Jensen odciął wierzchołek pędu owsa, potem przymocował go, ale zanim to zrobił umieścił pomiędzy wierzchołkiem a resztą pędu żelatynę lub szkło, potem oświetlił roślinę, ta, która była spojona żelatyną odwróciła się do niego, ta ze szkłem nie. Naukowiec odkrył, że sygnałem, który wierzchołek wysyła do reszty łodygi jest substancja rozpuszczalna w wodzie, ale dalej nie znał tej substancji, w latach 30 odkryto auksynę. Jedna z jej funkcji jest powodowanie wydłużania się komórek, pod wpływem światła auksyny gromadzą się w zacienionej części rośliny, powodując wydłużanie zacienionych komórek i zgięcie łodygi do światła, grawitacja powoduje, że auksyny gromadzą się nad statolitami w górze, tam komórki wydłużają się i korzeń rośnie w dół, za to w łodygach i liściach rozkładają się na dole, więc nadziemne części rosną w górę, wiele bodźców czuciowych wykorzystuje auksyny.

Rośliny też się poruszają, liście się zwijają i rozwijają, tak samo kwiaty, rośliny zginają się w stronę słońca. Profesor Wilhelm Pfeffer, student Juliusa von Sachsa sfilmował ruchy mimozy, tulipanów i bobu, wcześniej Darwin wieszał nad rośliną szklaną płytę i co kilka minut zaznaczał położenie wierzchołka pędu, tak obrazował dobowe ruchy rośliny. Okazało się, że każda roślina wykonuje ruchy nutacyjne, czyli spiralne odchylenia w ciągu dnia, siewka fasoli wychyla się o 10 cm, ale różne rośliny poruszają się po różnych figurach, tulipany robią okrążenie co 4 godziny, rzodkiewnik robi obrót co 15 min-24 godzin, pszenica w 2 godziny, na szybkość ruchu wpływają różne czynniki. Maria Stolarz przypaliła liść słonecznika przez 3 sekundy co spowolniło jego ruch dwukrotnie, ale po jakimś czasie wrócił do stałego tempa. Donald Israelsson i Anders Johnsson z Instytutu Technologii Uniwersytetu w Lund stwierdzili, że nutacja wynika z grawitropizmu, jeśli wiatr lub zwierzęta poruszy łodygą, przemieszczają się statolity w endodermie i łodyga zmienia położenie, ale dążąc do pionu znowu wraca do poprzedniej pozycji. Takie ruchy przebadano u koniczyny, tulipana, ogórka i kapusty. Darwin natomiast uważał, że grawitropizm i fototropizm wynikają z ruchów nutacyjnych. Allan H. Brown zaplanował badania nad rzodkiewnikiem w kosmosie, ale przeprowadziła je dopiero załoga Columbii na siewkach słonecznika, siewki robiły ruchy nutacyjne bez grawitacji. Hidayeku Takahashi z Japońskiej Agencji Badań Kosmicznych zauważył, że pozbawiony endodermy wilec i rzodkiewniki z uszkodzonymi statolitami lub ich pozbawione nie wykazują ruchów nutacyjnych, a nutacja siewek na Columbii wynikała z tego, że wykiełkowały na Ziemi. Anders Jonssons fotografował siewki rzodkiewnika, które wykiełkowały w kosmosie i zostały umieszczone w komorze bez grawitacji, siewki wykazywały okrężne ruchy, ale o mniejszej amplitudzie niż na Ziemi. Po umieszczeniu siewek w wirówce zaczęły się poruszać mocniej, im wyższa grawitacja, tym bardziej nutacja przypominała tę na Ziemi. Wniosek nutacja jest wrodzonym ruchem roślin wzmacnianym przez grawitację. W przyrodzie na roślinę działają różnokierunkowe bodźce np. światło spada z boku a układ statolitów każe jej rosnąć pionowo, w ten sposób rośliny szukają najlepszej pozycji. Wąsy czepne winorośli wabi cień płotu, a grawitacja pozwala jej okręcić się wokół sztachet, roślina na parapecie zwróci się do słońca a grawitacja utrzyma ja w pionie. Pomidor przyciągnie kaniankę zapachem, a grawitropizm sprawi, że urośnie do góry.