Akar Menari – Rahasia Bagaimana Tumbuhan Mendorong Melalui Tanah Padat

Di masa lalu, kami telah menulis tentang penelitian yang menunjukkan tanaman lebih baik dalam mengurangi pemadatan tanah daripada subsoilers. Tapi bagaimana mereka bisa melakukan itu? Nah, cerita hari ini memberi kita jawaban dari para peneliti di Duke University. Terima kasih kepada Robin Smith dan Veronique Koch untuk cerita yang luar biasa ini! Pastikan untuk menonton tarian akar di video 1:12 di akhir cerita.

Peneliti Duke telah mempelajari sesuatu yang terjadi terlalu lambat untuk dilihat mata kita. Tim ahli biologi Philip Benfey ’ s lab ingin melihat bagaimana akar tanaman menggali ke dalam tanah. Jadi mereka memasang kamera pada benih padi yang bertunas dalam bentuk gel bening, mengambil gambar baru setiap 15 menit selama beberapa hari setelah perkecambahan.

Ketika mereka memutar kembali rekaman mereka pada 15 frame per detik, memadatkan 100 jam pertumbuhan menjadi kurang dari satu menit, mereka melihat bahwa akar padi menggunakan tipuan untuk mendapatkan pijakan pertama mereka di tanah:ujung tumbuh mereka membuat gerakan seperti pembuka botol, bergoyang-goyang dan berkelok-kelok di jalur heliks.

Dengan menggunakan rekaman selang waktu mereka, bersama dengan robot mirip akar untuk menguji ide, para peneliti memperoleh wawasan baru tentang bagaimana dan mengapa ujung akar tanaman berputar saat tumbuh.

Petunjuk pertama datang dari hal lain yang diperhatikan tim:beberapa akar tidak bisa melakukan tarian kotrek. Pelakunya, mereka temukan, adalah mutasi pada gen yang disebut HK1 yang membuatnya tumbuh lurus ke bawah, bukannya berputar dan berkelok-kelok seperti akar lainnya.

Tim juga mencatat bahwa akar mutan tumbuh dua kali lebih dalam dari akar normal. Yang menimbulkan pertanyaan:"Apa yang dilakukan oleh pertumbuhan ujung spiral yang lebih khas untuk tanaman?" kata Yesaya Taylor , rekan postdoctoral di lab Benfey di Duke.

Gerakan berkelok-kelok pada tanaman adalah "fenomena yang memesona Charles Darwin," bahkan 150 tahun yang lalu, kata Benfey. Dalam hal bidikan, ada kegunaan yang jelas:melilit dan melingkar membuatnya lebih mudah untuk digenggam saat mereka mendaki ke arah sinar matahari. Tetapi bagaimana dan mengapa hal itu terjadi pada akarnya lebih merupakan misteri.

Bibit yang tumbuh memiliki tantangan, kata para peneliti. Jika ingin bertahan hidup, akar kecil pertama yang muncul harus menambatkan tanaman dan menggali ke bawah untuk menyedot air dan nutrisi yang dibutuhkan tanaman untuk tumbuh.

Yang membuat mereka berpikir:mungkin di ujung akar pertumbuhan spiral ini adalah strategi pencarian — cara untuk menemukan jalan terbaik ke depan, kata Taylor.

Dalam eksperimen yang dilakukan di profesor fisika laboratorium Daniel Goldman di Georgia Tech, pengamatan akar padi normal dan mutan yang tumbuh di atas piring plastik berlubang mengungkapkan bahwa akar spiral normal tiga kali lebih mungkin menemukan lubang dan tumbuh ke sisi lain.

Kolaborator di Georgia Tech dan Universitas California, Santa Barbara membangun robot lunak yang lentur yang membentang dari ujungnya seperti akar dan melepaskannya di jalur rintangan yang terdiri dari pasak dengan jarak yang tidak rata.

Untuk membuat robot, tim mengambil dua tabung plastik tiup dan menumpuknya di dalam satu sama lain. Mengubah tekanan udara mendorong ban dalam lunak dari dalam ke luar, membuat robot memanjang dari ujungnya. Kontraksi pasangan "otot" buatan yang berlawanan membuat ujung robot menekuk ke samping saat ia tumbuh.

Bahkan tanpa sensor atau kontrol yang canggih, robot root masih bisa melewati rintangan dan menemukan jalan melalui pasak. Namun saat pembengkokan dari sisi ke sisi berhenti, robot dengan cepat tersangkut di pasak.

Akhirnya, tim menanam benih padi normal dan mutan dalam campuran tanah yang digunakan untuk lapangan bisbol, untuk mengujinya pada rintangan yang akan ditemui akar di tanah. Benar saja, sementara mutan kesulitan mendapatkan pijakan, akar normal dengan ujung yang tumbuh spiral mampu menembus.

Pertumbuhan ujung akar dikoordinasikan oleh hormon tanaman auksin, zat pertumbuhan yang menurut para peneliti dapat bergerak di sekitar ujung akar yang tumbuh dalam pola seperti gelombang. Penumpukan auksin di satu sisi akar menyebabkan sel-sel tersebut memanjang lebih sedikit daripada sel-sel di sisi lain, dan ujung akar melengkung ke arah itu.

Tumbuhan yang membawa mutasi HK1 tidak dapat menari karena cacat dalam cara auksin dibawa dari sel ke sel, demikian temuan para peneliti. Blokir hormon ini dan akar kehilangan kemampuannya untuk berputar.

Karya tersebut membantu para ilmuwan memahami bagaimana akar tumbuh di tanah yang keras dan padat.

Pekerjaan ini didukung oleh hibah dari National Science Foundation (PHY-1915445, 1237975, GRFP-2015184268), Howard Hughes Medical Institute, Gordon and Betty Moore Foundation (GBMF3405), the Yayasan Penelitian Pangan dan Pertanian (534683), Institut Kesehatan Nasional (GM122968) dan Keguruan Keluarga Dunn.