Regulacija u biljaka i drugih skupina organizama

Potaknimo znatiželju…

Dok životinje reagiraju žustro i snažno na promjene u okolišu, biljke, gljive i alge to rade značajno sporije. Kad predator hvata hranu, njegov plijen zasigurno ne stoji na mjestu i ne čeka da bude pojeden, ali sjedilački organizmi poput biljaka nemaju luksuz bijega. Što misliš kako se onda biljke brane od predatora?

Biljni hormoni

Za razliku od životinja, biljke ne posjeduju osjetila ni živčani sustav kojima bi osjećale promjene u okolišu ili mogle upravljati procesima u svojemu tijelu. U biljaka postoje složene interakcije među kemijskim molekulama. Takve molekule zovemo signalne molekule i one mogu uvjetovati i pokretati različite reakcije u stanici, slično kao hormoni u životinja. Postoji mnogo nepoznanica oko načina rada kemijskih reakcija tih molekula, no ovdje ćemo se dotaknuti spoznaja koje razumijemo. Jedna skupina signalnih molekula jesu biljni hormoni ili fitohormoni. Oni reguliraju čitav niz reakcija u tijelu biljke poput svih segmenata biljnoga rasta, razvoja embrija, određivanja veličine organa, obrane od biljnih predatora i patogena, tolerancije na stres i razvoj spolnih dijelova. S obzirom na to da većina biljnih hormona djeluje na različite aspekte rasta, još se nazivaju i biljni regulatori rasta. Za razliku od životinjskih hormona ne stvaraju ih određene žlijezde, već nastaju u svim stanicama. Neke od biljnih hormona stvaraju alge, a zabilježeni su i u gljiva i bakterija. Ovisno o kemijskoj strukturi molekula kojima pripadaju, biljni su hormoni podijeljeni na tzv. klase hormona. Ovdje ćemo spomenuti najznačajnije. 

Apscizinska kiselina (ABA) jest najznačajniji biljni inhibitor rasta. Najčešće se stvara u listovima i sprječava rast u meristemima te potiče zadnje nastale listove da zaštite meristeme unutar strukture pupa. Time potiče proces mirovanja (dormancija) koja je kod drvenastih biljaka uzrokovana niskim temperaturama početkom zime. Stvara se i tijekom stresnih uvjeta za biljku (visoke i niske temperature, stres uzrokovan viškom vode i sl.). Za vrijeme zime niske temperature i voda uništit će apscizinsku kiselinu čime će se početkom proljeća potaknuti izlazak biljke iz mirovanja i početak novoga rasta meristema

Etilen je plinoviti biljni hormon koji se oslobađa u listovima i također je inhibitor rasta kao i ABA. Kod klijanaca koji klijaju iz sjemenaka u tami (primjerice tlu) sprječava razvoj listova sve dok biljka ne dođe u doticaj sa svjetlom kad se stvaranje etilena sprječava i listovi se razvijaju. Slično se stvara i kad biljka kod rasta dotakne neku prepreku i ne može dalje rasti, tada će etilen spriječiti da se stabljika dalje izdužuje, ali će rasti u stranu kako bi izbjegla prepreku. Etilen utječe na otpadanje listova (apscizija) tijekom ulaska u mirovanje i zajedno s apscizinskom kiselinom pomaže u povlačenju hranjivih tvari iz listova u stablo. Potiče i dozrijevanje plodova.

Auksini su tipovi hormona koji potiču rast tako da djeluju na poticanje rasta meristema u pupovima i korijenu. Nastaju u meristemima izdanaka. Njihovo djelovanje najsnažnije je u vršnim pupovima stabljike. Auksini sprječavaju i razvoj bočnih pupova čime sprječavaju grananje biljke sve dok vršni pup ne bude dovoljno udaljen od bočnih pupova. Tada će djelovanje auksina biti oslabljeno. Takav izraženi rast glavne osi stabljike i sprječavanje grananja zovemo apikalna dominacija. Kod podzemnoga rasta potiču razvoj bočnoga korijenja.

Citokinini su hormoni koji potiču rast tako da utječu na diobu stanica i razvoj izdanaka. Nastaju u meristemima korijena. Potiču razvoj glavne osi korijena i otuda se prenose prema bočnim izdancima, čime se pokreće njihov razvoj te se tako prekida apikalna dominacija. Sprječavaju starenje kod biljke. Citokinini djeluju zajedno s auksinima na oprečan način i razlike u njihovoj koncentraciji uvjetovat će izraženiji rast određenih dijelova stabljike.

Giberelini su hormoni koji potiču rast tijekom razvoja biljke iz sjemenke. Sjemenke sadrže male količine vode, a klijanje se obično potiče bubrenjem sjemenke (primanjem vode i povećanjem volumena). Voda će potaknuti aktivnost giberelina koji potiču oslobađanje hranjivih tvari i rast embrija. Prilikom razvoja klijanaca potiču izduženje stanica. Giberelini potiču i stvaranje cvjetova. U velikim količinama stvaraju se tijekom niskih temperatura, stoga zajedno s apscizinskom kiselinom potiču mirovanje.

Osim dosada spomenutih regulatora rasta među biljne hormone spadaju i tvari koje služe u obrani biljaka od patogena poput salicilne i jasmonske kiseline. Salicilna kiselina pomaže u obrani od parazitskih patogena, ali pomaže i biljkama tijekom vodnoga i temperaturnoga stresa (suša, visoke temperature i sl.) Prvi je put izolirana iz kore vrbe (rod Salix, otuda i ime) i upotrebljava se u farmaciji za proizvodnju aspirina. Jasmonska kiselina djeluje na sličan način, ali u obrani od biljojeda gdje se s oštećenih listova oslobađa i dalje zrakom nosi do drugih listova biljke čime se signalizira napad. Budući da se lako prenosi zrakom, može i drugim biljkama signalizirati potencijalni napad biljojeda.

Rast biljaka

Biljke u usporedbi sa životinjama imaju neobičan način rasta i on je uvijek limitiran na tvorna tkiva ili meristeme. Meristeme u biljaka možemo podijeliti na dvije skupine, a to su vršni i bočni meristemi. Vršni meristemi (primarni ili apikalni) dolaze u pupovima na granama drvenastih biljaka, vršnim dijelovima stabljike u zeljastih biljaka i vršnim dijelovima korijena.

Bočni (sekundarni) meristemi dolaze u posebnome tkivu zvanom vaskularni kambij koji prolazi središtem žila u stabljici i korijenu golosjemenjača i drvenastih dvosupnica te izgleda kao nepravilan prsten

Vršni i bočni meristemi zaduženi su za tri oblika rasta:

  1. rast u duljinu
  2. primarni rast u debljinu
  3. sekundarni rast u debljinu.

Za rast u duljinu zaduženi su samo vršni meristemi i predstavljaju mjesto gdje se stanice mogu dijeliti i povećavati kako bi se stabljika izdužila. Svaka je biljka sposobna rasti u duljinu (u visinu stabljikom i u dubinu korijenom). Brzina rasta u duljinu vrlo je raznolika, no u idealnim uvjetima biljka raste oko 7 mm/dan uz izuzetak primjerice izdanka bambusa (57 cm/dan). 

Primarni rast u debljinu odvija se u blizini vršnoga meristema i traje ograničeno vrijeme. Biljke koje rastu primarno u debljinu ne stvaraju obilno drvenasto tkivo, stoga ostaju tanke cijeli život. To primjećujemo u svih jednosupnica. Glavna svrha toga rasta jest stvoriti debele izdanke koji će kao ovratnik obavijati stabljiku kao kod palmi. Biljke koje rastu primarno u debljinu nemaju sposobnost sekundarnoga rasta u debljinu.

Sekundarni rast u debljinu uključuje stvaranje drvenastoga tkiva širenjem vaskularnoga kambija i započinje odmah nakon rasta u duljinu i traje do uginuća biljke. Tako stabljika biljke postaje drvenasta (stablo) i takav rast možemo primijetiti kod golosjemenjača i drvenastih kritosjemenjača. Biljke rastu sekundarno brže tijekom povoljnih dijelova godine (proljeće i ljeto), a tijekom nepovoljnih (jesen) rastu jako malo, što se na posječenome stablu može vidjeti linijama koje zovemo godišnji prirast ili godovi.

Regulacija u algi i gljiva

U višestaničnih algi rast i razvoj odvija se primarno na temelju poticanja diobe stanica i njihova izduživanja. Alge sadrže mnoge hormone kao i biljke te oni kod njih obavljaju iste uloge. Zbog nedostatka meristemskih tkiva alge nemaju različite tipove ni dijelove steljke koji su zaduženi za rast, već se svi dijelovi mogu slobodno dijeliti. Veličina steljke može varirati između nekoliko centimetara do nekoliko desetaka metara koje dostižu smeđe alge kelpa (oko 30 m). Izmjena tvari s okolinom provodi se na principu pasivnoga prijenosa (difuzija) preko cijele steljke između stanica i okolne vode. Jednostanične alge ne rastu.  

Kod gljiva je rast sličan kao i kod algi jer ne posjeduju posebne specijalizirane dijelove tijela za rast. Micelij kod njih raste diobom i izduživanjem stanica hifa.

Regulacija u praživotinja i bakterija

Iako svojom građom nisu slične, praživotinje i bakterije imaju sličan način života i suočene su sa sličnim izazovima. Oba organizma trebaju vodu da bi preživjela, stoga ih uvijek pronalazimo u vodenome mediju. Najčešći medij jest slatka voda koja u odnosu na stanicu ima manju koncentraciju iona i veću količinu vode nego stanica. U tome će slučaju voda osmozom (difuzijom) ulaziti u stanicu, a stanica će bubriti. Ako se radi o bakteriji, stanična će stijenka spriječiti da se stanica rasprsne od pritiska vode, no praživotinja nema zaštitu stanične stijenke i postoji mogućnost puknuća stanice. Da do toga ne bi došlo, praživotinje imaju stezljivi mjehurić ili kontraktilnu vakuolu. To je organel u obliku mjehurića u kojemu se skuplja višak vode koja prirodno ulazi u stanicu. Zatim se u određenim intervalima prazni tako da ispušta taj višak vode natrag u okolnu vodu

U morskih praživotinja stanica ima manju koncentraciju otopljenih tvari od okolne morske vode. Da nije razvila mehanizme održavanja osmotske ravnoteže, gubila bi vodu.

U nekih praživotinja (rod Euglena, bičaši) i jednostaničnih algi (rod Chlamydomonas, zelene alge) pojavljuje se očna pjega ili stigma. To je fotoreceptivni organel koji omogućuje stanici prepoznavanje smjera i intenziteta svjetlosti te ovisno o tome reagira plivanjem prema izvoru svjetlosti ili od njega. Očna pjega omogućuje stanici pronaći okoliš s optimalnim svjetlom za fotosintezu. Ako je stanica izložena svjetlosnomu šoku (obasjavanju jakim svjetlom), tada dolazi do plivanja u suprotnome smjeru od izvora svjetlosti.

Provjeri svoje znanje