Er zijn veel dingen die bepalen of een plant overleeft of dat het wegkwijnt. En veel factoren zijn buiten hun controle. Maar zoals Tia Ghose rapporteert voor Live Science, kunnen planten eigenlijk een beslissing nemen over een sleutel tot hun overleving: wanneer ze moeten ontkiemen.
Een nieuwe studie, gepubliceerd in The Proceedings van de National Academies of Science, suggereert dat plantenzaden kleine "hersenen" gebruiken om hen te helpen beslissen of het het juiste moment is om de kiemrust te doorbreken. Zoals Ghose meldt, zijn de "hersenen" fysiek niet vergelijkbaar met menselijke of andere gewervelde grijze materie. In plaats daarvan verwerkt het controlecentrum van de zaden informatie, net zoals hersenen. Ze gebruiken bundels van gespecialiseerde cellen om hormoonsignalen te verwerken die hen vertellen wanneer het prime time is en ze zouden moeten ontspruiten.
"Planten zijn net als mensen in de zin dat ze op dezelfde manier moeten denken en beslissingen moeten nemen", vertelt George Bassel, plantenbioloog aan de Universiteit van Birmingham en auteur van de studie, aan Ghose.
De onderzoekers onderzochten zaden van Arabidopsis, ook bekend als thale-tuinkers, een plant die veel wordt gebruikt in studies vanwege de korte levenscyclus. Zaden moeten twee belangrijke factoren in evenwicht houden bij het ontkiemen: temperatuur en competitie. Als ze te snel ontspruiten, kunnen ze koude temperaturen tegenkomen en mogelijk doodvriezen. Als ze te lang wachten, kunnen eerder kiemen planten hen overtreffen.
Het zaad heeft twee hormonen: abscisinezuur (ABA), dat het signaal stuurt om te blijven slapen, en gibberellin (GA), dat kieming initieert. De push en pull tussen die twee hormonen helpt het zaad om het juiste moment te bepalen om te beginnen met groeien.
Volgens Ghose vormen ongeveer 3.000 tot 4.000 cellen de zaden van Arabidopsis. Dus de onderzoekers catalogiseerden deze cellen in een atlas om dit systeem te bestuderen. Ze volgden vervolgens waar de twee hormonen werden gevonden in het zaad. Het bleek dat de hormonen zich in twee delen van cellen in de buurt van de punt van het zaad hadden geclusterd - een gebied dat de onderzoekers voorstellen om de 'hersenen' te vormen. De twee klompjes cellen produceren de hormonen die ze als signalen tussen elkaar verzenden. Wanneer ABA, geproduceerd door één groep, het dominante hormoon in dit beslissingscentrum is, blijft het zaad sluimerend. Maar naarmate GA toeneemt, beginnen de "hersenen" het zaad te vertellen dat het tijd is om te ontspruiten.
3D-model van Arabidopsis-zaden en de locaties van hun besluitvormende cellen (Universiteit van Birmingham) Deze splitsing van het commandocentrum helpt het zaad om nauwkeuriger beslissingen te nemen, zegt biomathematicus Iain Johnston, die ook een auteur van de studie was. "De scheiding van circuitelementen maakt een breder palet aan reacties op omgevingsprikkels mogelijk", zegt hij in een persbericht. "Het is net als het verschil tussen het vier keer lezen van de recensie van een criticus over een film of het samenvoegen van de mening van vier verschillende critici voordat hij besluit naar de bioscoop te gaan."
De nieuwste studie draagt bij aan de groeiende hoeveelheid bewijs dat de complexiteit van planten in het verleden is onderschat. Het toenemende bewijs suggereert dat planten enige middelen voor rudimentaire communicatie kunnen hebben. Vorig jaar ontdekten onderzoekers dat een soort schimmel kan dienen als een ondergronds bos "internet" dat koolstof, voedingsstoffen en chemische stoffen tussen bomen kan transporteren. Er is zelfs enig bewijs dat planten signalen kunnen verzenden met behulp van elektrische pulsen, vaag verwant aan hoe het menselijk zenuwstelsel werkt (maar met veel, veel belangrijke onderscheidingen).
Het idee van zaadhersenen draagt niet alleen bij aan deze vegetatieve capaciteit, maar kan ook grote gevolgen hebben voor de landbouw, waardoor wetenschappers de kieming van zaden onder controle krijgen en de efficiëntie van de plantengroei verhogen.
