Krzak w kosmosie

Żyjąc na powierzchni przeciętnej wielkości skalnej planety jako oczywistą oczywistość traktujemy wszechobecną grawitację – i jej efekty. W naturze jej wpływ jest najbardziej widoczny u roślin. Nikt z nas nie zastanawia się jednak dwa razy nad tym, dlaczego drzewa rosną do góry nawet na pochyłych zboczach. Lub dlaczego ich korzenie zazwyczaj rosną w dół (z wyjątkami związanymi z występowaniem wody – ale nawet wówczas ogólny kierunek jest zachowany).

Wpływ geotropizmu na wzrost drzewa. /źródło: wiki; Rbastien (CC By-SA 3.0)

Zjawisko takiej reakcji na grawitację nazywa się grawitropizmem – lub po polski nieco częściej geotropizmem – i zostało zademonstrowane już przez Karola Darwina. Jest zresztą znakomitym pomysłem na proste szkolne doświadczenie (gdyby ktoś potrzebował pomysłu). Grawitropizm nie jest jednak jedynym efektem działania grawitacji na rośliny. Dwa inne efekty odnoszą się już tylko do korzeni i nazywa się je falowaniem (ang. waving) oraz odchylaniem (ang. skewing). Te nieco bez polotu polskie pojęcia zmyśliłem, gdyż nie udało mi się znaleźć fachowych odpowiedników określeń angielskich. Ale spieszę z wyjaśnieniem.

Falowanie korzeni polega na tym, że korzeń nie rośnie całkiem w dół, ale jest od osi wzrostu odrobinę odchylony. I ten odchylony czubek korzenia dodatkowo rotuje wokół osi wzrostu, skutkując tym, że korzeń w istocie nie jest prosty, ale skręcony, pofalowany. Odchylanie ma miejsce wtedy, gdy roślina rośnie wzdłuż jakiejś wertykalnej fizycznej granicy – np. przy urwisku. Wówczas korzenie także nie rosną pionowo w dół, ale mają tendencję do odchylania się od tej granicy. Te dwa zjawiska tłumaczy się  tym, że gdy roślina rośnie w dół, wydłużający się korzeń naciska na glebę. Naciska on oczywiście z taką samą siłą we wszystkich kierunkach – poza jednym, tym w którym działa grawitacja. Dodatkowa siła działająca na roślinę w połączeniu z jej zmysłem dotyku wywołują taką odwrotną reakcję. Do niedawna uważano, że te zjawiska są wyłączną właściwością roślin żyjących na Ziemi¹.

Grupa badaczy z Uniwersytetu Florydy zadała sobie jednak pytanie: co się stanie, jeśli grawitację usunie się z tego równania? Jak zachowywać się będą korzenie roślin, gdy pozbędziemy się grawitacyjnej zmiennej? Moglibyście tutaj pomyśleć, że w tym przypadku łatwiej chyba powiedzieć, niż zrobić. I mielibyście całkowitą rację, bo nieważne jak wydumany, jak pomysłowy i jak drogi byłby sprzęt laboratoryjny do przeprowadzenia takich doświadczeń na Ziemi, grawitacji tak łatwo usunąć się nie da.

Badacze jednak plan mieli znacznie prostszy (chociaż zapewne nie tańszy): uświadomili sobie bowiem, że przecież są na Florydzie, a za rogiem znajduje się przylądek Canaveral z ośrodkiem lotów kosmicznych im. Kennedy’ego. Wystarczy zatem podpiąć się pod jeden lot do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i gotowe!² Zaś wyniki tej eskapady opisane zostały niedawno w branżowym piśmie BMC Plant Biology.

W kosmos wraz z załogą Stacji (autorzy pracy, o ile mi wiadomo, doświadczenie monitorowali z powierzchni Ziemi, gdzie zresztą znajdowały się rośliny z grupy kontrolnej) poleciały sadzonki modelowej roślinki Arabidopsis. W Stacji, a także w napowierzchniowym laboratorium, rośliny rosły w specjalnych pojemnikach: w płaskich płatach żelu, tak aby łatwo można było śledzić wzrost korzeni. Ponad pojemnikami umieszczony był duży panel żarówek LED, które służyć miały jako bodziec kierunkowy: tak się bowiem składa, że grawitacja nie jest jedynym czynnikiem decydującym o wzroście korzeni; drugim takim czynnikiem jest światło. O korzeniach mówi się, że są negatywnie fototropowe; to znaczy, że rosną w kierunku przeciwnym do źródła światła.

Nie owijając już dalej w bawełnę, obejrzyjmy, jak wyglądał wzrost korzeni przez dwa tygodnie pobytu w kosmosie:

Podstawową rzeczą, którą na filmie widać, to to, że nic nie widać. A ściślej – że nie widać znaczących różnic pomiędzy roślinami kontrolnymi, a roślinami rosnącymi w stanie mikrograwitacji. Tutaj możnaby prychnąć, wzruszyć ramionami i skląć badaczy za marnowanie pieniędzy podatników na posyłanie roślinek w podróże w kosmos. Byłby to jednak duży błąd, bo zdać sobie trzeba sprawę z wagi odkrycia, które opisała trójka badaczy.

Jak wspomniałem na początku tekstu, grawitacja to takie trochę zapomniane, trochę niechciane dziecko: jej znaczenie dla procesów biologicznych mających miejsce na Ziemi łatwo zaniedbać. Z prostej przyczyny: jest to jedyna zmienna, która, paradoksalnie, jest niezmienna. Są bowiem miejsca na naszej planecie, gdzie nie dociera światło, a istnieje tam życie. Są miejsca bez tlenu, są miejsca niesamowicie gorące i potwornie zimne, są miejsca zakwaszone, są miejsca, które na potrzebny eksperymentów można uznać za niemal całkowicie i do cna wyschnięte. Nie ma jednak na naszej planecie ekosystemu, który nie byłby poddany działaniu grawitacji. Jeśli jednak ludzkość kiedykolwiek zdecyduje się opuścić tę planetę, to stan mikrograwitacji będzie życiu towarzyszył znacznie częściej.

I tu właśnie objawia się waga tego doświadczenia: okazuje się bowiem, że miliony, żeby nie powiedzieć miliardy, lat ewolucji na naszej planecie najwyraźniej nie zdołały wyprodukować mechanizmu, który wykorzystywałby grawitację do wyznaczania roślinom kierunku wzrostu. I jest to uwaga ciekawa: skąd bowiem roślina wie, że jej korzeń powinien rosnąć w dół? Jest to posunięcie logiczne: rosnąc w dół korzeń oddala się od podstawowej części kiełku, im dalej zaś jest, tym większe ma szanse na znalezienie życiodajnej wody. I tak się też składa, że najczęściej „im dalej” jest równoznaczne z „im głębiej”. Trudno jednak oczekiwać, że roślina będzie posługiwała się logiką. Skoro jednak to nie grawitacja dyktuje, jak korzeń powinien się zachowywać, oznacza to że istnieje jakiś inny, alternatywny mechanizm zarządzający tym zjawiskiem.

Niestety nasza wiedza na temat genów roślinnych odpowiedzialnych za te procesy jest bardzo, ale to bardzo nikła. Kiedyś być może, gdy wreszcie odkryjemy, które dokładnie geny są w kierunkowy wzrost korzeni wplątane, będziemy się mogli na nie rzucić z całym dostępnym nam arsenałem narzędzi biologii molekularnej. Zaczniemy te geny włączać, wyłączać, podmieniać i co tam jeszcze. I może wtedy uzyskamy chociaż częściową odpowiedź na pytanie, czym kierują się rośliny.

Przypisy:

1. To znaczy na planecie, a nie w stanie nieważkości. Niewątpliwie jeśli istnieją gdzieś jakieś inne planety o podobnej do naszej budowie, na których wyewoluowało jakieś roślinne życie o podobnej do naszego anatomii, efekt grawitacji na te kosmiczne rośliny jest zapewne również bardzo podobny.

2. Pedanci się przyczepią, że na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wciąż odczuwalna jest grawitacja – i będą mieli rację. W tym kontekście nazywa się ją jednak mikrograwitacją i nie bez powodu. Przyjmuje się po prostu, że jej działanie jest na tyle słabe, że można je zaniedbać na potrzeby doświadczenia.

3. Paul, A., Amalfitano, C., & Ferl, R. (2012). Plant growth strategies are remodeled by spaceflight BMC Plant Biology, 12 (1) DOI: 10.1186/1471-2229-12-232