Net als mensen en dieren worden ook planten geconfronteerd met de uitdaging van klimaatverandering . Naarmate het klimaat warmer en droger wordt, zoeken planten naar manieren om zich aan te passen aan deze nieuwe extreme omstandigheden. Onderzoek gepubliceerd in Global Change Biology door een team van de Universiteit van Liverpool en de Syracuse University in de Verenigde Staten laat zien hoe planten hun DNA aanpassen om te overleven in een veranderende omgeving.
De afgelopen vijftien jaar hebben onderzoekers bestudeerd hoe verschillende plantensoorten in een weide bij Buxton, in het Verenigd Koninkrijk, reageren op extreme weersomstandigheden, zoals ernstige droogte en hevige regenval . De resultaten waren verrassend: deze veranderende omstandigheden hebben genetische veranderingen in de planten teweeggebracht, een fenomeen dat wetenschappers " evolutionaire redding " noemen.
Dr. Raj Whitlock, hoogleraar ecologie aan het Institute for Integrative Biology van de Universiteit van Liverpool, benadrukte dat het feit dat planten in zo'n korte tijd veranderingen in hun genetische diversiteit kunnen vertonen een verbazingwekkende ontdekking is, aangezien men over het algemeen aanneemt dat planten veel meer tijd nodig hebben om zich aan klimaatschommelingen aan te passen. Dit zou het vermogen van de bestudeerde soorten om te gedijen in veeleisende omgevingsomstandigheden kunnen verklaren. In deze context is het belangrijk om te begrijpen hoe planten zich aanpassen aan klimaatverandering.
Het onderzoek is uitgevoerd in het Buxton Climate Change Impacts Laboratory (BCCIL), waar sinds 1993 experimenteel met het klimaat wordt gemanipuleerd om te observeren hoe planten op dergelijke veranderingen reageren.
Ondanks de fascinerende bevindingen blijft klimaatverandering een enorme uitdaging voor de meeste plantensoorten wereldwijd. Ze moeten zich allemaal aanpassen aan een voortdurend veranderend klimaat. Wanneer planten te maken krijgen met stijgende temperaturen, verzilting, langdurige droogte en andere stressfactoren, zetten ze diverse mechanismen in om te overleven. Dit fenomeen is ook te zien in de bijzonder kwetsbare ecosystemen van het Middellandse Zeegebied.
De mechanismen die planten gebruiken om zich aan te passen, omvatten veranderingen in hun groei en metabolisme, regulatie van de huidmondjes (de poriën die de uitwisseling van gassen en water mogelijk maken) en veranderingen in de expressie van genen die coderen voor beschermende en antioxidatieve eiwitten. Elk van deze mechanismen heeft een specifiek effect op de vitale functies van de plant en is cruciaal voor haar overleving onder ongunstige omstandigheden.
Onlangs zijn Cycling DOF Factors (CDFs) geïdentificeerd, een groep essentiële transcriptiefactoren die de reacties van planten op verschillende abiotische stressomstandigheden reguleren. Deze factoren moduleren fundamentele aspecten zoals bloeitijd en wortelgroei, evenals tolerantie voor verschillende soorten omgevingsstress. Recent onderzoek suggereert dat de functies van CDFs behouden zijn gebleven in andere soorten, waaronder gewassen van agronomisch belang. Dit is cruciaal voor het begrijpen van de aanpassing van planten aan klimaatverandering.
Aanpassing aan omgevingsstress
Planten worden blootgesteld aan een reeks omgevingsstressfactoren die door klimaatverandering in frequentie en intensiteit zijn toegenomen. Droogte is bijvoorbeeld een van de factoren die de plantengroei het meest beïnvloedt. Bij ernstige droogte moeten planten hun huidmondjes sluiten om waterverlies te beperken, wat op zijn beurt hun vermogen tot fotosynthese beperkt.
Het sluiten van de huidmondjes kan echter nadelig zijn bij hoge temperaturen. Een recente studie heeft een moleculair mechanisme geïdentificeerd dat het openen en sluiten van de huidmondjes reguleert, waardoor planten een evenwicht kunnen vinden tussen transpiratie en waterbesparing. Dit signaleringssysteem is essentieel voor planten die extreme omstandigheden trotseren, omdat het hen in staat stelt snel en efficiënt te reageren op veranderingen in hun omgeving. Lees ons artikel over het overleven van woestijnplanten voor meer informatie over hoe planten in ongunstige omstandigheden overleven.
Bovendien stelt epigenetisch geheugen planten in staat om stressvolle omstandigheden te onthouden en er in de toekomst effectiever op te reageren. Dit geheugen kan worden doorgegeven aan nakomelingen, waardoor hun overlevingskansen in een veranderende omgeving toenemen. Recente studies hebben aangetoond dat bomen zich eerdere hittegolven of droogtes kunnen herinneren, wat hun vermogen om met nieuwe stressperioden om te gaan beïnvloedt.
Planten gebruiken diverse biochemische en fysiologische mechanismen om hun groei te handhaven en hun celintegriteit te beschermen tegen ongunstige omstandigheden. Deze mechanismen worden doorgaans georganiseerd door een uitgebreide reeks stressresponsgenen en complexe netwerken van transcriptiefactoren. Onderzoek heeft aangetoond dat de concentraties van plantenhormonen, zoals abscisinezuur en salicylzuur, essentieel zijn voor de regulering van deze adaptieve reacties, waardoor planten in realtime kunnen reageren op de veranderingen in hun omgeving.
Inzicht in hoe planten zich aanpassen aan klimaatverandering is essentieel voor het ontwikkelen van strategieën die hun overleving op lange termijn garanderen en de landbouwproductie verbeteren. Nieuwe gewasvariëteiten moeten beter bestand zijn tegen extreme weersomstandigheden om de voedselzekerheid in de toekomst te waarborgen, zoals besproken in het artikel over conserverende landbouw als maatregel tegen klimaatverandering.
Planten passen zich echter niet op zichzelf aan. Klimaatverandering beïnvloedt ecosystemen als geheel, wat op zijn beurt de soortenrijkdom en de veerkracht van planten beïnvloedt. Daarom is het van essentieel belang om de gecombineerde impact van klimaatverandering en menselijke activiteiten op de biodiversiteit en op het aanpassingsvermogen van planten aan deze nieuwe uitdagingen in ogenschouw te nemen.
Planten hebben een opmerkelijk aanpassingsvermogen, maar snelle veranderingen in het klimaat en andere factoren vormen een constante bedreiging. Het is van groot belang dat we onderzoek blijven doen en begrijpen hoe planten op deze veranderingen reageren en hoe we ze kunnen helpen zich aan te passen. Dat is niet alleen goed voor hun overleving, maar ook voor het welzijn van onze planeet.
