Mae gan blanhigion gwladychu y mwyafrif llethol o arwyneb y Ddaear. Felly beth yw'r allwedd i'w llwyddiant?
Mae pobl yn aml yn meddwl am blanhigion fel ffurfiau bywyd syml, disynnwyr. Efallai eu bod yn byw wedi'u gwreiddio mewn un lle, ond po fwyaf y mae gwyddonwyr yn dysgu am blanhigion, y mwyaf cymhleth ac ymatebol rydym yn sylweddoli eu bod. Maent yn ardderchog am addasu i amodau lleol. Mae planhigion yn arbenigwyr, gan wneud y gorau o'r hyn sy'n agos at y man lle maent yn egino.
Ond mae dysgu am gymhlethdodau bywyd planhigion yn golygu mwy nag ysbrydoli rhyfeddod mewn pobl. Mae astudio planhigion hefyd yn ymwneud â gwneud yn siŵr gallwn barhau i dyfu cnydau yn y dyfodol wrth i newid hinsawdd wneud ein tywydd yn fwyfwy eithafol.
Mae signalau amgylcheddol yn llywio twf a datblygiad planhigion. Er enghraifft, mae llawer o blanhigion yn defnyddio hyd dydd fel y ciw i sbarduno blodeuo. Mae hanner cudd y planhigion, y gwreiddiau, hefyd yn defnyddio arwyddion o'u hamgylchoedd i sicrhau bod eu siâp wedi'i optimeiddio i chwilota am ddŵr a maetholion.
Mae gwreiddiau'n amddiffyn eu planhigion rhag straen fel sychder trwy addasu eu siâp (canghennog i gynyddu eu siâp). arwynebedd, er enghraifft) i ddod o hyd i fwy o ddŵr. Ond tan yn ddiweddar, doedden ni ddim yn deall sut mae gwreiddiau'n synhwyro a oes dŵr ar gael yn y pridd o'i gwmpas.
Dŵr yw'r moleciwl pwysicaf ar y Ddaear. Gall gormod neu rhy ychydig ddinistrio ecosystem. Mae effaith ddinistriol newid hinsawdd (fel y gwelwyd yn ddiweddar yn Ewrop a dwyrain Affrica) yn ei chael llifogydd a sychder yn fwy cyffredin. Ers newid yn yr hinsawdd is gwneud patrymau glawiad yn gynyddol anghyson, gan ddysgu sut mae planhigion yn ymateb i prinder dŵr yn hanfodol ar gyfer gwneud cnydau yn fwy gwydn.
Ein tîm o wyddonwyr planhigion a phridd a mathemategwyr darganfod yn ddiweddar sut gwreiddiau planhigion addasu eu siâp i gynyddu'r defnydd o ddŵr. Mae gwreiddiau fel arfer yn cangen yn llorweddol. Ond maent yn oedi canghennog pan fyddant yn colli cysylltiad â dŵr (fel tyfu trwy fwlch llawn aer yn y pridd) a dim ond pan fyddant yn ailgysylltu â phridd llaith y bydd gwreiddiau'n ailddechrau canghennog.
Canfu ein tîm fod planhigion yn defnyddio system o'r enw hydrosignalling i reoli lle mae gwreiddiau'n cangen mewn ymateb i argaeledd dŵr yn y pridd.
Signalau hydro yw'r ffordd y mae planhigion yn synhwyro ble mae dŵr, nid trwy fesur lefelau lleithder yn uniongyrchol ond trwy synhwyro moleciwlau hydawdd eraill sy'n symud gyda'r dŵr o fewn planhigion. Dim ond oherwydd (yn wahanol i celloedd anifeiliaid) mae celloedd planhigion wedi'u cysylltu â'i gilydd gan mandyllau bach.
Mae'r mandyllau hyn yn galluogi dŵr a moleciwlau bach hydawdd (gan gynnwys hormonau) i symud gyda'i gilydd rhwng gwraidd celloedd a meinweoedd. Pan fydd gwraidd y planhigyn yn cymryd dŵr, mae'n teithio trwy'r celloedd epidermaidd mwyaf allanol.
Mae'r celloedd gwraidd allanol hefyd yn cynnwys a hormon sy'n hyrwyddo canghennog o'r enw auxin. Mae cymeriant dŵr yn sbarduno canghennog trwy symud auxin i mewn i feinweoedd mewnol y gwreiddiau. Pan nad oes dŵr ar gael yn allanol mwyach, dywedwch pan fydd gwreiddyn yn tyfu trwy fwlch llawn aer, mae angen dŵr ar flaen y gwreiddyn o hyd i dyfu.
Felly pan na all gwreiddiau gymryd dŵr o'r pridd mae'n rhaid iddynt ddibynnu ar ddŵr o'u gwythiennau eu hunain yn ddwfn y tu mewn i'r gwreiddyn. Mae hyn yn newid cyfeiriad symudiad dŵr, gan ei wneud yn awr yn symud tuag allan, sy'n amharu ar lif yr hormon canghennog auxin.
Mae'r planhigyn hefyd yn gwneud an hormon gwrth-ganghennog o'r enw ABA yn ei gwythiennau gwraidd. Mae ABA yn symud gyda llif y dŵr hefyd, i'r cyfeiriad arall i auxin. Felly pan fydd y gwreiddiau'n tynnu i lawr ar ddŵr o wythiennau'r planhigion, mae'r gwreiddiau hefyd yn tynnu'r hormon gwrth-ganghennog tuag at eu hunain.
Mae ABA yn atal canghennog gwreiddiau trwy gau'r holl fandyllau bach sy'n cysylltu celloedd gwraidd - ychydig fel drysau chwyth ar long. Mae hyn yn selio celloedd gwraidd oddi wrth ei gilydd ac yn atal auxin rhag symud yn rhydd â dŵr, gan rwystro canghennau gwreiddiau. Mae'r system syml hon yn galluogi gwreiddiau planhigion i fireinio eu siâp i amodau dŵr lleol. Mae'n a elwir yn serobransio (yngenir serobranching).
Canfu ein hastudiaeth hefyd fod gwreiddiau planhigyn yn defnyddio system debyg i leihau colled dŵr fel ei egin. Mae dail yn atal colli dŵr yn ystod amodau sychder trwy gau micro-mandyllau o'r enw stomata ar eu harwynebau. Mae cau stomata hefyd yn cael ei sbarduno gan yr hormon ABA. Yn yr un modd, yn y gwreiddiau mae ABA yn lleihau colli dŵr trwy gau nano-fandyllau o'r enw plasmodesmata sy'n cysylltu pob cell gwraidd â'i gilydd.
Mae gwreiddiau o domato, berwr thale, indrawn, gwenith a haidd i gyd yn ymateb i leithder yn y modd hwn, er gwaethaf esblygu mewn gwahanol briddoedd a hinsoddau. Er enghraifft, tarddodd tomatos o anialwch De America, tra berwr thal yn dod o ranbarthau tymherus canol Asia. Mae hyn yn awgrymu bod seerobransio yn nodwedd gyffredin mewn planhigion blodeuol, sydd dros 200 miliwn o flynyddoedd yn iau na phlanhigion nad ydynt yn blodeuo fel rhedyn.
Nid yw gwreiddiau rhedyn, rhywogaeth o blanhigyn tir sy'n esblygu'n gynnar, yn ymateb i ddŵr fel hyn. Mae eu gwreiddiau'n tyfu'n fwy unffurf. Mae hyn yn awgrymu bod rhywogaethau blodeuol yn well am addasu iddynt dŵr straen na phlanhigion tir cynharach fel rhedyn.
Gall planhigion blodeuol gytrefu ystod ehangach o ecosystemau ac amgylcheddau na rhywogaethau nad ydynt yn blodeuo. O ystyried y newidiadau cyflym mewn patrymau glawiad ar draws y byd, mae gallu planhigion mae synhwyro ac addasu i ystod eang o amodau lleithder pridd yn bwysicach nawr nag erioed.