過去に、植物はサブソイラーよりも土壌圧縮の軽減に優れていることを示す研究について書いてきました。しかし、どうすればそれができるのでしょうか?さて、今日の話は、デューク大学の研究者の厚意により答えを教えてくれます。このすばらしい話をしてくれた Robin Smith と Veronique Koch に感謝します!ストーリーの最後にある 1:12 のビデオでルーツ ダンスをご覧ください。
デュークの研究者たちは、私たちの目には見えないほどゆっくりと起こる何かを研究してきました。生物学者のチーム Philip Benfey ' の研究室は、植物の根がどのように土の中に潜り込むかを見たいと考えていました。そこで彼らは、透明なゲルの中で発芽するイネの種子にカメラを設置し、発芽後数日間、15 分ごとに新しい写真を撮りました。
毎秒 15 フレームで映像を再生し、100 時間の成長を 1 分未満に圧縮したところ、イネの根がトリックを使用して土の中で最初の足場を確保していることがわかりました。らせん状の経路で巻きます。
タイムラプス映像と根のようなロボットを使用してアイデアをテストすることで、研究者は新しい洞察を得ました。 植物の根の先端が成長するときにどのように、そしてなぜ回転するのかについて。
最初の手がかりは、チームが気付いた別のことから得られました。一部の根はコルクスクリュー ダンスを行うことができません。彼らが発見した原因は、HK1 と呼ばれる遺伝子の突然変異であり、他の根のように旋回したり蛇行したりするのではなく、真っ直ぐ下に成長するようになっている.
チームはまた、突然変異体の根が通常の根の 2 倍の深さに成長したことにも注目しました。 「より典型的ならせん状の先端の成長は、植物にとって何をしますか?」 アイザイア・テイラーは言った 、デュークのベンフィーの研究室の博士研究員。
150 年前でさえ、植物の巻き上げ運動は「チャールズ ダーウィンを魅了した現象」であった、と Benfey は述べています。シュートの場合、明らかな有用性があります。絡み合ったり旋回したりすることで、日光に向かって登るときにグリップを掴みやすくなります。しかし、根でそれがどのように、そしてなぜ起こるのかは、もっと謎でした.
種子の発芽には課題がある、と研究者は言う。彼らが生き残るためには、最初に現れる小さな根が植物を固定し、植物が成長するために必要な水と栄養素を吸い上げるために下向きに探さなければなりません.
おそらくルートのヒントでは、このスパイラルの成長は検索戦略であり、前進するための最善の道を見つける方法であるとテイラーは言いました.
物理学教授 Daniel Goldman の研究室で行われた実験で ジョージア工科大学では、穴の開いたプラスチック プレート上で成長している通常のイネの根と突然変異体のイネの根を観察したところ、通常のらせん状の根は、穴を見つけて反対側まで成長する可能性が 3 倍高いことが明らかになりました。
ジョージア工科大学とカリフォルニア大学サンタバーバラ校の協力者 根のように先端から広がり、不均等に配置されたペグで構成される障害物コースに自由に配置する、柔軟でしなやかなロボットを構築しました.
ロボットを作成するために、チームは 2 つのインフレータブル プラスチック チューブを取り出し、それらを互いに入れ子にしました。空気圧を変えると、柔らかいインナーチューブが内側から外側に押し出され、ロボットが先端から伸びます。対向する一対の人工「筋肉」を収縮させると、ロボットの先端が成長するにつれて左右に曲がります。
洗練されたセンサーや制御装置がなくても、ロボットのルートは障害物を通り抜け、ペグを通り抜ける道を見つけることができました。しかし、左右への曲がりが止まると、ロボットはすぐにペグに引っ掛かりました。
最後に、チームは通常のイネと変異イネの種子を、野球場で使用される土の混合物で育て、根が実際に土の中で遭遇する障害についてテストしました。案の定、ミュータントは足掛かりを得るのに苦労しましたが、らせん状に成長する先端を持つ通常の根は貫通することができました.
根の先端のコルクスクリューの成長は、植物ホルモンであるオーキシンによって調整されています。この成長物質は、成長している根の先端の周りを波のようなパターンで移動する可能性があると研究者は考えています。根の片側にオーキシンが蓄積すると、それらの細胞は反対側の細胞よりも伸びにくくなり、根の先端はその方向に曲がります.
HK1変異を持つ植物は、オーキシンが細胞から細胞へと運ばれる方法に欠陥があるため、踊ることができないことを研究者は発見した.このホルモンを遮断すると、根は回転する能力を失います。
この研究は、固く圧縮された土壌で根がどのように成長するかを科学者が理解するのに役立ちます。
この研究は、全米科学財団 (PHY-1915445、1237975、GRFP-2015184268)、ハワード ヒューズ医学研究所、ゴードン アンド ベティ ムーア財団 (GBMF3405)、 Foundation for Food and Agricultural Research (534683)、国立衛生研究所 (GM122968)、Dunn Family Professorship.
引用:「根回旋のメカニズムと機能」、Isaiah Taylor、Kevin Lehner、Erin McCaskey、Niba Nirmal、Yasemin Ozkan-Aydin、Mason Murray-Cooper、Rashmi Jain、Elliot W. Hawkes、パメラ・C・ロナルド、ダニエル・I・ゴールドマン、フィリップ・N・ベンフェイ。米国科学アカデミー議事録、2021 年 2 月 19 日。DOI: 10.1073/pnas.2018940118
https://today.duke.edu/2021/02/time-lapse-reveals-hidden-dance-roots
