Věda

Vědci vyřešili sto let starou botanickou záhadu

Vědci vyřešili sto let starou botanickou záhadu

Zelený svět, jaký známe dnes, by nevznikl bez změn v uspořádání vodivých pletiv, které umožnily rostlinám vyšší vzrůst a rozšíření i mimo ta nejvlhčí prostředí.

Jak při kolonizaci pevniny rostlinám pomohly klíčový problém sucha překonat různé varianty tohoto uspořádání, ukázala mezinárodní studie vedená Martinem Boudou z Botanického ústavu AV ČR, která byla publikována v časopise Science.

Výsledky studie nejen odpovídají na 100 let starou botanickou záhadu, ale mohou mít také praktický dopad na šlechtění rostlin.

Smrtící embolie

Vodivá pletiva zajišťují mimo jiné zásobování nadzemních částí rostlin vodou. Pokud je rostlina vystavena suchu, šíří se vodivým pletivem embolie – vzduchové bubliny, které tok vody nevratně přeruší a navozují smrtící vysychání.

Podle vědců z Botanického ústavu první suchozemské rostliny, které se z vody dostaly na břeh, byly velmi malého vzrůstu a přežívaly jen v bezprostřední blízkosti vody. Asi před 400 miliony let se ale jejich vzrůst začal zvyšovat, vznikaly rozmanitější formy a zároveň začaly osidlovat sušší stanoviště.

„Zaujalo nás, že zatímco první cévnaté rostliny soustředily svá vodivá pletiva ve válci uprostřed stonku, skoro žádné žijící rostliny si toto uspořádání neudržely. Tento zdánlivě bezvýznamný fakt nám poskytl klíč k rozluštění celé této kapitoly evoluce,“ říká vedoucí autor studie, Martin Bouda z Oddělení populační ekologie Botanického ústavu.

Umělecké znázornění krajiny před 400 miliony let, v době kdy rostliny začaly diverzifikovat uspořádání svých vodivých pletiv, zvyšovat svůj celkový vzrůst a šířit se krajinou od zdrojů vody. Zdroj: Julian Kiely

Úzká vlákna jsou lepší

Z nového objevu vyplývá, že původní válcovité uspořádání vodivých pletiv ve středu stonku se stává s přibývající velikostí rostliny, a tedy tloušťkou vodivého válce, k šíření embolie náchylnější. S větším množstvím vodivých drah je totiž ve válci i více cest, které umožňují nežádoucí šíření embolie.

Šíření embolie mezi cévicemi vodivých pletiv dvou odlišných uspořádání. V obou případech embolie překonává přibližně 50 % stěn mezi sousedními cévicemi. Rozdílný výsledek je dán pouze tvarem: rostlina vlevo usychá, ta vpravo žije.

„Zjistili jsme, že období sucha přežívají spíše rostliny, jejichž vodivá pletiva jsou uspořádána do úzkých vláken. Pokud jsou cévice shluklé pohromadě, poskytují jejich stěny četná spojení a tedy spoustu nezávislých příležitostí pro šíření embolie,“ dodává Martin Bouda.

V úzkém vlákně jsou cévice seřazeny jedna za druhou, takže embolie musí překonávat každou jednotlivou stěnu mezi nimi. Je tedy mnohem vyšší pravděpodobnost, že se někde zastaví a rostlina přežije.

Tenkrát před 400 miliony lety

Martin Bouda ve spolupráci s Craigem Brodersenem z Yaleovy Univerzity a dalšími americkými vědci zkoumal uspořádání vodivých pletiv žijících a vyhynulých rostlin reprezentujících více než 400 milionů let evoluce.

Ze zkamenělin zjistili, že s adaptací vlákna začaly rostliny krátce poté, co se na pevnině vyskytly větší druhy, a diverzita uspořádání vodivých pletiv přetrvává dodnes. Simulacemi šíření embolie uvnitř existujících i idealizovaných vodivých pletiv tým potvrdil, že nebezpečí uschnutí se rostlina vyhýbá díky užším a komplexnějším tvarům těchto struktur.

Inovace vodivých pletiv pak byly jedním z faktorů umožňujících liniím stále větších rostlin se šířit dál od zdrojů vody.

Lepší vyšlechtěné rostliny

Nové poznatky mohou mít praktický dopad např. na šlechtění plodin odolných vůči suchu. Vyšších výnosů bylo u mnoha plodin dosaženo za cenu souběžného snížení jejich odolnosti. V podmínkách měnícího se klimatu však může odolnost vůči suchu být stejně důležitá jako výnos.

Pro zajištění potravinové bezpečnosti v rámci klimatické adaptace bude tak dost možná šlechtitelský výzkum muset dbát na vhodné uspořádání vodivých pletiv. „Když teď lépe rozumíme tomu, jak jsou vodivá pletiva uspořádána a jak to ovlivňuje schopnost rostliny snášet sucho, můžeme na to uspořádání zacílit šlechtitelské programy.

To znamená, můžeme se pokusit vytvořit lepší cévní systém rostlin,“ uvádí prof. Brodersen.

Zkamenělý kmen stromové kapradiny Dernbachia brasiliensis z Permu (před 250-300 miliony let). Vodivé pletivo zvýrazněné modře. Foto: Ludwig Luthardt, Museum für Naturkunde, Berlin.

100 let stará záhada

Výzkum přináší také řešení sto let staré záhady v botanice. Už v roce 1920 ve své přednášce na setkání Královské společnosti v Edinburghu ukázal její prezident F. O. Bower, že komplexita uspořádání vodivých pletiv je vázána především na velikost stonku.

Neměl ale pro svá pozorování uspokojivé vysvětlení. Navzdory živé vědecké debatě trvající sto let se otázku podařilo objasnit až teď. K napájení větší rostliny se silnějším stonkem vodou je samozřejmě třeba více vodivých drah.

Chce-li rostlina odolat suchu, musí vzrůstající počet vodivých buněk uspořádat do stále komplexnějších tvarů, aby si pletivo na průřezu stonkem zachovalo úzký profil, zabraňující šíření embolie. Nový objev tak poskytuje i odpověď na Bowerovu záhadu.

Více z Věda

Zelený makak z Číny: O krok blíž k primátím chimérám

Věda23.2.2024

Pravá podoba dinosaurů: Jak opravdu vypadali a proč jsou klasické ještěří představy mylné?

Věda20.2.2024

Výzkumníci z FEL ČVUT vyvinuli unikátní systém: Pomocí umělé inteligence detekuje střelbu i typ zbraně

Věda16.2.2024

Dávní primáti se zřejmě živili převážně ovocem

Věda13.2.2024

Musí zvýšená hladina CRP znamenat léčbu antibiotiky? Rozhodně ne…

Věda9.2.2024

Náhrada srdeční chlopně a za pár dní doma. Realita, která funguje už 15 let

Věda6.2.2024

První rostlina, která bude pěstována na Marsu

Věda2.2.2024

Země a její Nemesis: Vyřešil superpočítač 4,5 miliard let starou záhadu?

Věda30.1.2024

Očkování – Nedůvěře čelilo od počátku

Věda26.1.2024
Věda
Časopis, který by vás mohl zajímat

Nenechte si ujít další zajímavé články

Kdo ji dostal z nejhoršího a drží ji roky nad vodou?
nasehvezdy.cz

Kdo ji dostal z nejhoršího...

Není žádný tajemstvím, že se...
Stále populární sprchové vaničky
rezidenceonline.cz

Stále populární sprchové...

Přestože mnozí uživatelé dávají přednost...
Fenomenální pozvednutí očního okolí
iluxus.cz

Fenomenální pozvednutí...

Naše oči mají pozoruhodnou schopnost...
Šlechtici modrou krev nemají, někteří živočichové ano!
21stoleti.cz

Šlechtici modrou krev nemají,...

Když se hovoří o modré krvi, mluví se zpravidla o...
Bratislava: Město, kde se tradice a současnost potkávají na každém kroku
epochanacestach.cz

Bratislava: Město, kde se...

Od českých hranic je to jen co by kamenem dohodil...
Unikátní ultra-temná galaxie
epochaplus.cz

Unikátní ultra-temná galaxie

V mnohém připomíná Mléčnou dráhu s dostatkem...
Historie se možná opakuje. Nevěra! Ondřeji, už zase?
nasehvezdy.cz

Historie se možná opakuje....

Manželství...
Vraždící asasíni: Sekta, která tajně ovládala svět?
enigmaplus.cz

Vraždící asasíni: Sekta, která...

V historii nacházíme nespočet tajných společností,...
Zelenina za syrova? Tyhle druhy rozhodně ne!
panidomu.cz

Zelenina za syrova? Tyhle...

V módě jsou zeleninové saláty a rozmixované...
Velká rodina se nepovedla!
skutecnepribehy.cz

Velká rodina se nepovedla!

Sama jsem vyrůstala jako jedináček, takže jsem...
Nekynuté lívance
tisicereceptu.cz

Nekynuté lívance

Potřebujete 170 g hladké mouky 1 lžíci prášku do...
Chandra Bahadur Dangi, nejmenší člověk světa
epochaplus.cz

Chandra Bahadur Dangi,...

Tipnete si, kolik centimetrů měřil prokazatelně nejmenší...