senza occhi, orecchie, o un sistema nervoso centrale, le piante possono percepire la direzione dei segnali ambientali e rispondere per garantire la loro sopravvivenza.

Per esempio, le radici devono estendersi attraverso il labirinto di angoli e fessure nel terreno verso fonti di acqua e sostanze nutritive. I vari modi in cui le piante guidano questa ramificazione per sfruttare il loro ambiente sono di grande interesse per gli scienziati e di potenziale utilizzo da parte degli agricoltori che necessitano di colture che producono più cibo con meno risorse.

Il biologo della Carnegie e della Stanford University, José Dinneny, ha trascorso anni a studiare come la crescita delle radici risponde all'acqua, in particolare attraverso un fenomeno chiamato hydropatterning, che consente alle piante di ottimizzare la ramificazione delle radici per massimizzare l'assorbimento di acqua.

Proprio come le piante che si ramificano fuori terra per accedere alla luce del sole, le radici delle piante formano una rete sotterranea ramificata, con radici laterali che crescono da un asse principale. La struttura di queste reti di apparati radicali deve essere regolata in modo da ottimizzare l'esplorazione del suolo, limitando l'espansione nelle regioni povere d'acqua.

"Sapevamo che le piante stavano facendo questo - ramificandosi verso l'acqua - ma non il meccanismo con cui la pianta stava percependo e reagendo a questo segnale ambientale, "Ha spiegato Dinneny.

Lui e lo studente laureato di Stanford Neil Robbins II hanno deciso di determinare se la capacità osservata di una radice di una pianta di incoraggiare la ramificazione verso l'umidità e scoraggiare la ramificazione nel terreno asciutto è localizzata in qualsiasi parte della radice, o è condiviso dall'intera struttura della radice.

"Capendo dove la radice percepisce l'acqua potremmo ottenere indizi su come la pianta svolge questo compito straordinario, "dice Dinneny.

Utilizzando sia la microdissezione su scala fine che gli approcci di modellazione matematica, hanno scoperto che la punta della radice dove l'espansione cellulare guida la crescita è in grado di percepire e rispondere in modo univoco ai segnali di umidità modellando la direzione in cui la radice si ramifica nel terreno. L'uso di modelli matematici ha mostrato che la percezione dell'acqua osservata dal movimento dell'acqua nella radice è stata notevolmente influenzata dal tasso di crescita delle radici.

L'autore principale Robbins ha commentato:"Quando la crescita delle radici rallenta, la capacità della radice di rispondere alla direzione dell'acqua era fortemente diminuita. Questo lavoro indica che il processo attivo di assorbimento dell'acqua da parte della radice è necessario per vedere dove si trova l'acqua nell'acqua del suolo e rispondere in modo evolutivo a questo fondamentale segnale ambientale".

Per contestualizzare questo lavoro, è importante rendersi conto che si sa poco su come le piante percepiscono l'abbondanza di acqua nell'ambiente e la maggior parte del lavoro si è concentrata sugli eventi di segnalazione che si verificano a livello cellulare.

Il lavoro di Robbins e Dinneny, pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , mostra che lo stesso processo di crescita induce uno stato fisico nella pianta che consente in modo univoco di percepire su scala organica la direzione di una risorsa tanto necessaria nei suoi dintorni.

"La pianta sembra vedere la direzione dell'acqua solo quando cerca di estrarla dall'ambiente, " Dinneny ha detto. "Quando l'espansione cellulare non guida la crescita, la capacità di vedere la direzione dell'acqua è ridotta, and the root either can't see or doesn't care where water is and starts making branches in every direction."  

Using the flux of water as a key metric of water availability may provide an important way in which the plant can convert the outside picture of where water is in soil into an internal biophysical pattern that plants can then interpret. Understanding how plants optimize this process for particular soil environments may enable the production of more water-efficient plants. When it comes to the importance of water for plants, a picture can be worth a thousand words.