Bitkilerin ışık kaynağını nasıl bulduklarını tespit etmek

Bitkilerin görme organları yoktur, peki ışığın nereden geldiğini nasıl anlarsınız? UNIL’den Profesör Christian Fankhauser liderliğindeki ekip, biyoloji ve mühendislik uzmanlığını birleştiren orijinal bir çalışmada, EPFL’deki meslektaşlarıyla işbirliği içinde, ışığa duyarlı bitki dokularının hafif bir gradyan oluşturmak için hava-su arayüzünün optik özelliklerini kullandığını keşfetti. bu bitki tarafından “görünür”dür. Bu sonuçlar Science dergisinde yayınlandı.

Canlı organizmaların büyük çoğunluğu (mikroorganizmalar, bitkiler ve hayvanlar), göze karşılık gelen görme organı olmasa bile ışığın kaynağını belirleme yeteneğine sahiptir. Bu bilgi, kişisel yönelim veya çevrede en uygun konumlandırma için çok değerlidir. Bir ışık kaynağının algılanması, bu bilgiyi organlarının yerini tespit etmek için kullanan bitkiler için özellikle önemlidir; bu olay fototropizm olarak bilinir. Bu onların daha fazla güneş ışığı yakalamasına olanak tanır ve bu güneş ışığını, yediğimiz hemen hemen tüm yiyecekleri üretmek için gerekli olan hayati bir süreç olan fotosentez yoluyla kimyasal enerjiye dönüştürürler.

Fototropizmi başlatan fotoreseptör uzun süredir bilinmesine rağmen ışığa duyarlı bitki dokularının optik özellikleri şimdiye kadar bir sır olarak kaldı. DrSc ekiplerinin uzmanlığını bir araya getiren, Science dergisinde yayınlanan disiplinlerarası bir çalışma. Christian Fankhauser (Profesör ve Direktör Bütünleştirici Genomik Merkezi UNIL Biyoloji ve Tıp Fakültesi), DrSc. Andreas Schuller (Başkan Güneş enerjisi dönüşümü için nanoteknoloji kiti EPFL Güneş Enerjisi ve Yapı Fiziği Laboratuvarı’nda) ve UNIL Elektron Mikroskobu Merkezi Bitkilerin yönlü ışık sinyallerini tespit etmesini sağlayan şaşırtıcı bir dokusal özellik ortaya çıkarıldı.

Araştırmayı yöneten Christian Fankhauser şöyle açıklıyor: “Her şey, gövdesi şaşırtıcı derecede şeffaf olan bahçe teresi Arabidopsis thaliana model türünün bir mutantının gözlemlenmesiyle başladı.” Bu bitkiler ışığa gerektiği gibi tepki veremiyor. UNIL biyoloğu daha sonra mutant ve vahşi tip örneklerin spesifik optik özelliklerini daha fazla karşılaştırmak için EPFL’den meslektaşı Andreas Schuler’in becerilerinden yararlanmaya karar verdi. “Genç yabani bitkilerin gövdelerindeki doğal sütsü görünümün, aslında tam olarak farklı dokularda yer alan hücreler arasındaki kanallardaki havanın varlığından kaynaklandığını bulduk. Mutant örneklerde havanın yerini sulu bir sıvı aldı, bu da onlara şeffaf bir görünüm” diye devam ediyor araştırmacı.

Peki bu hava dolu kanallar hangi amaca hizmet ediyor? Işığa duyarlı gövdenin, bitki tarafından “okunabilen” bir ışık gradyanı oluşturmasını sağlar. Tesis daha sonra ışık kaynağının kaynağını belirleyebilir. Bu fenomen, canlı dokuların çoğunluğunu oluşturan hava ve suyun optik özelliklerindeki farklılıktan kaynaklanmaktadır. Profesör Fankhauser’in grubundan doktora sonrası araştırmacı Martina LeGris şöyle açıklıyor: “Daha spesifik olarak, hava ve su farklı kırılma indislerine sahiptir. Bu, fidanın içinden geçerken ışığın saçılmasına neden olur. Hepimiz bu fenomeni gökkuşağına bakarken gözlemledik.” çalışmaya katılan. Araştırmanın ilk yazarı.

Bilim insanları, araştırmaları sayesinde organizmaların ışık kaynağını algılamasını sağlayan, yaprak gibi organlarını fotosentez için ışık yakalamayı optimize edecek şekilde konumlandırmasını sağlayan yeni bir mekanizmayı ortaya çıkardı. Çalışma aynı zamanda ışık gradyanlarının oluşumunun yanı sıra bitkilerde çeşitli işlevlere sahip olan hava dolu hücreler arası kanalların oluşumunun daha iyi anlaşılmasını sağladı. Diğer kullanımlarının yanı sıra, bu kanallar gaz alışverişini artırır ve aynı zamanda sel durumunda hipoksiye (düşük oksijen miktarı) direnmeyi mümkün kılar. Embriyonik aşamadan yetişkinliğe kadar olan gelişimleri hala tam olarak anlaşılamamıştır. Bu çalışmada kullanılan genetik kaynaklar, bu ilginç yapıların oluşumunu ve devamlılığını daha iyi anlamak için faydalı olacaktır.