Kaj je fototropizem?

Svojo najljubšo rastlino ste postavili na sončno okno. Kmalu opazite, kako se rastlina upogiba proti oknu, namesto da raste naravnost navzgor. Kaj na svetu počne ta obrat in zakaj to počne?

Pojav, ki ste mu priča, se imenuje fototropizem. Za namig, kaj pomeni ta beseda, upoštevajte, da predpona "fotografija" pomeni "svetloba", pripona "tropizem" pa pomeni "obračanje". Fototropizem je torej, ko se rastline obrnejo ali upognejo proti svetlobi.

Rastline potrebujejo svetlobo, da spodbudijo proizvodnjo energije; ta proces se imenuje fotosinteza. Svetloba, ustvarjena iz sonca ali iz drugih virov, je potrebna, skupaj z vodo in ogljikovim dioksidom, za proizvodnjo sladkorjev, ki jih rastlina lahko uporablja kot energijo. Kisik nastaja tudi in številne oblike življenja to potrebujejo za dihanje.

Fototropizem je verjetno mehanizem preživetja, ki ga sprejmejo rastline, tako da lahko dobijo čim več svetlobe. Ko so rastlinski listi odprti proti svetlobi, lahko poteka več fotosinteze, kar omogoča več energije.

Zgodnja mnenja o vzroku fototropizma so bila med znanstveniki različna. Teofrast (371 B.C.-287 B.C.) je menil, da fototropizem povzroča odstranjevanje tekočine iz osvetljena stran stebla rastline in Francis Bacon (1561-1626) je pozneje predpostavil, da je fototropizem posledica vedenje. Robert Sharrock (1630-1684) je verjel, da so rastline ukrivljene kot odgovor na "svež zrak", John Ray (1628-1705) pa je menil, da se rastline nagibajo k hladnejšim temperaturam bližje oknu.

Odvisno je bilo Charles Darwin (1809-1882) za izvedbo prvih ustreznih poskusov fototropizma. Predpostavil je, da snov, proizvedena v konici, povzroči ukrivitev rastline. Darwin je s preskusnimi rastlinami eksperimentiral tako, da je prekrival konice nekaterih rastlin, druge pa pustil nepokrite. Rastline s pokritimi konicami se niso upogibale proti svetlobi. Ko je pokril spodnji del rastlinskih stebel, a konice pustil izpostavljen svetlobi, so se te rastline premaknile proti svetlobi.

Darwin ni vedel, kaj je "snov", proizvedena v konici, ali kako je povzročilo upogibanje rastlinskega stebla. Vendar pa je dr. Nikolaj Cholodny in Frits Went leta 1926 ugotovili, da se bo ta zrna, ko se je visoka vsebnost premaknila na zasenčeno stran rastlinskega stebla, upognila in se upognila, tako da bi se konica premaknila proti svetlobi. Natančna kemična sestava snovi, za katero je bilo ugotovljeno, da je bil prvi identificiran rastlinski hormon, ni bila razjasnjena dotlej Kenneth Thimann (1904-1977) izolirali in identificirali kot indol-3-ocetno kislino ali avksin.

Trenutna misel o mehanizmu fototropizma je naslednja.

Svetloba z valovno dolžino približno 450 nanometrov (modra / vijolična svetloba) osvetljuje rastlino. Protein, imenovan fotoreceptor, ujame svetlobo, reagira nanjo in sproži odziv. Poimenujemo skupino fotoreceptorskih proteinov modre svetlobe, ki so odgovorni za fototrofizem fototropini. Ni natančno, kako fototropini signalizirajo gibanje avksina, znano pa je, da se avksin v odgovor na izpostavljenost svetlobi premakne na temnejšo, zasenčeno stran stebla. Auksin spodbuja sproščanje vodikovih ionov v celicah v senčeni strani stebla, zaradi česar se pH celic znižuje. Znižanje pH aktivira encime (imenovane ekspansini), zaradi katerih celice nabreknejo in vodijo, da se steblo upogne proti svetlobi.

• Če imate v oknu rastlino, ki doživlja fototropizem, poskusite obrat obrniti v nasprotno smer, tako da se rastlina upogne pred svetlobo. Samo približno osem ur traja, da se rastlina obrne nazaj proti svetlobi.
• Nekatere rastline rastejo stran od svetlobe, pojav, imenovan negativni fototropizem. (Pravzaprav to doživljajo rastlinske korenine; korenine zagotovo ne rastejo proti svetlobi. Druga beseda, ki jo doživljajo, je gravitropismanje v smeri gravitacijskega vleka.)
• Fotonastija morda zveni kot slika nečesa hudomušnega, a ni. Fototropizem je podoben, ker vključuje gibanje rastline zaradi svetlobnega dražljaja, pri fotonastiji pa gibanje ni proti svetlobnemu dražljaju, temveč v vnaprej določeni smeri. Gibanje določa rastlina sama, ne svetloba. Primer fotonastike je odpiranje in zapiranje listov ali cvetov zaradi prisotnosti ali odsotnosti svetlobe.