Што ја ограничува моќноста на вшмукување на растенијата д
Растенијата цицаат вода од земјата користејќи негативен притисок. Зошто вредноста на притисокот не падне под -100 бари е нерешена мистерија. Интердисциплинарна и меѓународна истражувачка група сега објави во списанието Зборник на трудови на Националната академија на науките (PNAS) дека таканаречените липидни агрегати во сокови од растенија се очигледно одговорни за овој феномен. Симулациите и пресметките на моделите покажуваат како се формираат растечки шуплини поради липидите, кои можат да ја раскинат течната колона ако негативниот притисок е превисок.
Хидрауличните системи користат разлики во притисокот за пренос на сигнали, сили и енергија. Многу машини работат врз основа на овој принцип - но има и истакнат пример за ова во природата: апсорпција на вода на растенијата. Силата на вшмукување на корените се заснова на негативниот притисок во каналите за снабдување на растението, што се создава со испарување на водата на клеточните wallsидови на лисјата.
Експертите го нарекуваат хидрауличниот систем на растението „Ксилем“ - клеточно ткиво со мали проводни патеки што минуваат низ него, во кое вода и минерали течат низ растението. Негативниот притисок во оваа мрежа е обично некаде помеѓу минус 5 и минус 50 бари. Пустинските растенија достигнуваат најголем негативен притисок од околу минус 80 бари. Но, зошто границата од околу минус 100 бари обично не паѓа под, сè уште нема заклучен одговор. Затоа што: физичките причини во основа не изгледаа како да зборуваат против посилни негативни притисоци. И поголема моќност на вшмукување би била поволна за растението, бидејќи може поефикасно да црпи вода од сувата почва.
Интердисциплинарен истражувачки тим составен од ботаничари и физичари од Институтот Јожеф-Стефан во jубjана, Институтот за колоиди и интерфејси Макс Планк во Потсдам, Слободниот универзитет во Берлин, Универзитетот во Улм, Техничкиот универзитет Дармштат и Калифорнискиот универзитет Фулертон, САД, сега даде објаснување: Со помош на симулации на атомско ниво, научниците успеаја да докажат дека природните супстанции кои очигледно не се раствораат во вода, т.н. липиди, се одговорни за феноменот во растителните течности. Кога има негативен притисок, тие обезбедуваат формирање на шуплини што брзо се шират - експертите зборуваат за шуплини. Ако станат преголеми, колоната за вода ќе се откине. Јачината на максималниот толерантен негативен притисок со тоа се намалува драматично, од повеќе од минус 1000 бари во чиста вода на помалку од минус 100 бари во сокот од растението. Вредноста што ја предвидуваат моделите е во одлична согласност со најсилните супресии измерени во ботаниката, известуваат истражувачите.
Во живите организми, липидите главно служат како структурни компоненти во клеточните мембрани, како складишта на енергија или како сигнални молекули. Поновите биохемиски студии покажаа дека такви липиди се јавуваат и во васкуларниот систем на растенијата - особено оние кои формираат двојни слоеви во воден раствор. Од хемиска гледна точка, ова однесување се заснова на двата сосема различни краја на липидите: едниот ги одбива молекулите на водата, а другиот ги привлекува. Експертите зборуваат за хидрофилна (привлекувачка на вода) и хидрофобна (водоотпорна). Хидрофилната група на глави е свртена кон надвор кон водата, додека хидрофобната опашка се прикачува на сличен крај на друг липид. Таквите парови липиди потоа се редат и формираат таканаречен липиден двослој, сличен на оној на клеточните мембрани.
„Молекулите во течностите се лепат заедно до одредена мера - за разлика од гасот“
Симулациите открија дека, поради агрегатите на липидите, шуплините се формираат многу често при негативни притисоци над минус 100 бари. Со негативни притисоци од минус 5 до минус 50 бари кои обично преовладуваат кај растенијата, тоа тешко дека некогаш се случува. Истражувачите исто така откриле дека малите, растворливи во вода компоненти на сокот тешко го поттикнуваат создавањето шуплини. Очигледно, ограничувањето на притисокот забележано во растителниот свет всушност се заснова на насобраните липиди. „За прв пат, нашите резултати даваат веродостојно објаснување зошто растенијата не можат да одржуваат негативни притисоци подолго од минус 100 бари“, вели Шнек. Значи, бидејќи растенијата не можат да цицаат вода од почвата колку што сакаат, ова ја ограничува способноста на растенијата да апсорбираат вода од почвата што се суши и на крајот каде што растенијата можат да преживеат и да растат.
Матеј Кандуш, физичар на Институтот Јожеф Стефан во jубjана, Словенија и прв автор на студијата, забележува дека резултатите се исто така интересни во врска со климатските промени. „Најголем негативен притисок кај растенијата има во области каде има недостиг на вода“, известува тој. И, поради климатските промени, почвите се сушат во се повеќе региони во светот. „Таму, водата треба да се извлече од земјата против најголемиот отпор“, вели Кандуш.