Podľa novej štúdie o tom rozhoduje schopnosť buniek púpavy absorbovať vodu.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Púpava lekárska (Taraxacum officinale) je charakteristická svojimi žltými kvetmi, ktoré sa objavujú v podobe hustých kobercov hneď na začiatku jari. Žiarivé kvety lahodia nielen oku, ale poskytujú aj potravu pre opeľovače. Pre deti sú najzaujímavejšie odkvitnuté kvety pripomínajúce drobné padáčiky, ktoré s obľubou sfukujú zo stonky a sledujú, ako lietajú vo vzduchu. Práve odkvitnuté kvety púpavy, odborne nazývané nažky, sa stali predmetom skúmania medzinárodného tímu vedcov.
Tí v časopise Nature Communications opísali, ako sa púpavy rozhodujú, kedy je najvhodnejší čas vypustiť semená do vzduchu.
Voda a pohyb rastlín
Autori v štúdii vysvetlili, že pohyb rastlín spôsobujú najmä zmeny hydratácie. Ďalším dôležitým faktorom sú látky rozpustné vo vode, ktoré sa prostredníctvom osmózy dostávajú do rastlinných buniek. V prírode možno nájsť viacero príkladov pohybu, ktoré vyvoláva pôsobenie vody v telách rastlín (je to takzvaný hydroskopický pohyb), napríklad skrúcanie listov mimózy, pohyby pascí mäsožravých mucholapiek, explozívne rozptýlenie semien žerušnice chlpatej (Cardamine hirsuta) či roztváranie a zatváranie borovicových šišiek.
Vedci objasnili, že hydroskopické pohyby vznikajú ako dôsledok rozdielnej expanzie buniek v pletivách rastlín a spôsobiť ich môže aj rôznorodosť materiálov v bunkách (niektoré bunkové steny totiž pozostávajú z rôzneho materiálu). Odlišné materiály reagujú na vodu iným spôsobom, čo spôsobuje napučiavanie, ktoré potom vedie k ohybovým, navíjacím či krútiacim pohybom jednotlivých častí rastlín.
Pohyb môže nastávať aj preto, lebo rastliny si ukladajú do rôznych častí tela rozličné množstvo hydrofóbnych látok, teda látok odpudzujúcich vodu. Časť rastliny, napríklad stonka, ktorá obsahuje menej hydrofóbnych látok, dokáže absorbovať viac vody a ľahšie sa ohýba. Takto funguje napríklad rozvíjanie stoniek u ruží z Jericha (Selaginella lepidophylla). Keď sú vyschnuté, putujú púšťou v podobe klbka, až kým nenatrafia na vlhké miesto. Tam načerpajú vlahu, roztvoria sa a zazelenajú. Len čo vyčerpajú všetku tekutinu, opäť vyschnú a vietor ich zanesie ďalej.
Hydroskopické pohyby rastlín ovplyvňuje aj geometrická štruktúra buniek a pletív rastlín. Hrubšie bunkové steny spôsobujú, že táto časť rastliny menej napučí. Vnútorná štruktúra pletív a buniek rovnako ako ich materiálové zloženie majú významný vplyv na pohyb vody v tele rastliny. Cieľom je zabezpečiť čo najefektívnejšie hydroskopické pohyby s ohľadom na ďalšie funkcie jednotlivých častí rastlín.
Tak to je aj v prípade púpav, ktoré otvárajú alebo uzatvárajú chocholce semien podľa aktuálnych poveternostných podmienok. Rastlina tak reguluje, kedy bude vypúšťať semená do okolia, aby zabezpečila čo najlepšie podmienky pre budúce púpavy.
Rastlina riadi uzatváranie a roztváranie chocholcov prostredníctvom hydroskopického aktuátora, ovládača, ktorý sa nachádza v nažke a pri kontakte s vodou napučí. Vedci zistili, že aktuátor sa skladá z niekoľkých odlišných častí, z ktorých každá obsahuje iný typ pletív. Pletivá sú presne geometricky rozmiestnené, čo umožňuje rozdielne napučiavanie a pohyb chocholcov. Keď aktuátor napučí, chocholce sa pohýbu nahor a von.
Skúmanie púpavových chocholcov
Vedci odobrali vzorky púpavových semien z jednej rastliny v Edinburghu a nechali ich dva týždne klíčiť v Petriho miskách s destilovanou vodou. Sadenice potom presadili do substrátu a pestovali v kontrolovaných podmienkach. Nové dopestované generácie rastlín neskôr použili v experimentoch.
Púpavy umiestnili do špeciálnej komory s regulovanou vlhkosťou a pozorovali, ako voda pôsobí na pohyb chocholcov semien. Účinky vlhkosti pozorovali pomocou viacerých techník vrátane environmentálneho skenovacieho elektrónového mikroskopu, pričom zaznamenávali, ako vyzerali chocholce pred postriekaním vodou a po ňom.
Ako púpavy ovládajú pohyb chocholcov
Výsledky výskumu ukázali, že odolné a napučiavajúce pletivá sú v aktuátoroch púpav rovnomerne rozmiestnené, čo umožňuje meniť sklon chocholca v reakcii na vlhkosť prostredia. Pevnejšie a odolnejšie pletivá tvoria oporu pre tie, ktorých hlavnou úlohou je absorpcia vody. Tieto napučiavajúce pletivá zabezpečujú pohyb chocholcov.
Keď sa rastlina suší, pletivá sa sťahujú do centrálnej dutiny lievikovitého tvaru. Takéto nastavenie umožňuje presné napučiavanie jednotlivých chĺpkov chocholca. Vedci predpokladajú, že uvedený mechanizmus nie je jedinečný len pre púpavy, ale že podobné schopnosti majú aj iné astrovité rastliny.
Hydroskopické pohyby púpav sú výsledkom kombinácie viacerých vlastností buniek. Dôležité je štrukturálne rozmiestnenie buniek a ich materiálové zloženie. Vzniká tak kombinácia niekoľkých typov pletív, ktoré usmerňujú pohyb rastliny – napučiavajúce pletivo, pletivo, ktoré absorbuje menej vody, respektíve napučiava v inom smere, a odolné (hydrofóbne) pletivo.
Na rozdiel od iných rastlín, pri ktorých sa hydroskopický pohyb opiera o celulózové mikrofibrily, pri púpavách je dôležitá materiálová rozdielnosť pletív a ich vlastnosť absorbovať vodu. Aktuátor púpavy je z neživých buniek, ktorých bunkové steny majú odlišnú mieru expanzie pri kontakte s vodou, čím vzniká pohyb chocholcov nažiek.
Vedci na základe výsledkov výskumu vytvorili počítačový model. Ten potvrdil výsledky pozorovaní, a teda aj fakt, že pre otvorenie a zatvorenie padáčika semena púpavy sú kľúčové práve rozdiely v schopnosti absorbovať vodu rastlinnými bunkami.
Význam púpavy vo svete robotiky
Vedci v tlačovej správe Imperial College London vysvetlili, že rastlinná štruktúra môže byť významným zdrojom inšpirácie aj v oblasti robotiky, a to pri vytváraní jemných robotov, ktoré nepoužívajú pri pohybe kĺby či robustné časti. Zistenie, ako púpavy ovládajú roztváranie a uzatváranie padáčikov a ako hýbu niekoľkými časťami tela súčasne, môže pomôcť inžinierom pri vytváraní robotov, ktoré dokážu jednoducho pohybovať viacerými prstami či ramenami.
Inšpirácia zo sveta prírody tak môže byť užitočnou pomôckou pri kreovaní nových efektívnych a funkčných dizajnov robotov. Okrem toho je tento výskum prínosný aj v otázke, akým spôsobom sa správajú biologické tkanivá a ako reagujú na zmeny prostredia.
Púpava, pomocníčka lekárov
- Odborný názov púpavy je odvodený z gréckych slov taraxis, čo znamená zápal očí, a akeomai, čo značí liečiť. Rastlinu pomenoval perzský lekár a filozof Avicenna, ktorý žil na prelome 10. a 11. storočia.
- Púpava sa v ľudovom liečiteľstve používala pri liečbe problémov tráviacej sústavy. Koreň a listy rastliny obsahujú veľa horčín, ktoré podporujú vylučovanie tráviacich štiav a zvyšujú tak chuť do jedla. Okrem toho sa používa pri liečbe ochorení žlčníka a žlčovodov, pri zápaloch pečene a tiež ako diuretikum pri zápaloch a kameňoch v obličkách a močovom mechúre. Púpava uľavuje pri žalúdočných a črevných ťažkostiach a svoje uplatnenie má aj pri cukrovke. Využíva sa na liečbu kožných ochorení.
- Mladé listy sú vhodné do šalátov ako chutná zelenina. Listy a kvety obsahujú veľa vitamínov (C, B2, provitamín A).
- Pražený koreň púpavy sa kedysi pil namiesto kávy.
Zdroje:
DOI: 10.1038/s41467-022-30245-3
Imperial College London
Botanic
(af)
