Zielonym do góry
Doświadczenie 1
Na dnie pojemnika na mocz rozłóż kilka warstw namoczonego papierowego ręcznika i umieść na nim 5–7 nasion ciecierzycy. Pojemnika nie zakręcaj. Zamknij hodowlę w szafce/szufladzie bez dostępu światła (podlewaj co jakiś czas). Po tygodniu, gdy pojawią się kilkucentymetrowe pędy, przewróć pojemnik na bok (ustabilizuj pozycję plasteliną) i pozwól pędom rosnąć w ciemności przez kolejny tydzień.
Wyjaśnienie: Łodygi roślin reagują na przyciąganie ziemskie, rosnąc przeciwnie do wektora grawitacji – jest to zatem geotropizm ujemny. Zjawisko to sprawia, że roślina rośnie „zielonym go góry”. Proces ten można efektownie zaburzyć i obserwować, jak roślina poradzi sobie z takim problemem – przykładem może być słynny Krzywy Las w powiecie gryfińskim. Grawitropizm jest szczególnie ważny dla siewek, które kiełkując w ciemności, w glebie, nie mają wielu innych wskazówek, jak się rozwijać i przedrzeć na powierzchnię, by rozpocząć fotosyntezę. Siewki ciecierzycy, kierując się wektorem grawitacji, rosną „w górę”. Dzieje się tak nawet wtedy, gdy przewrócimy pojemnik na bok – szybko zmieniają kierunek wzrostu, dlatego pędy przybierają kształt litery L.
Doświadczenie 2
Powtórz doświadczenie 1, ale tym razem cały czas podświetlaj siewki od spodu niebieską diodą zasilaną bateriami.
Wyjaśnienie: Światło niebieskie jest ważnym sygnałem stymulującym fototropizm – wzrost i wyginanie się pędów w kierunku światła, tak potrzebnego do fotosyntezy. Bodziec świetlny okazuje się ważniejszy niż bodziec grawitacyjny – pędy ciecierzycy rosną w dół ku źródłu światła.
Doświadczenie 3
Na talerzyku rozłóż kilka warstw namoczonego papierowego ręcznika i umieść na nim 20–30 nasion ciecierzycy. Po 3–4 dniach wybierz takie z dobrze widocznym (minimum centymetrowym) korzeniem. Ostrożnie, nie za mocno (powinieneś poczuć tylko lekkie chrobotanie), 2–4 razy potrzyj końcówką korzenia o flanelową lub sztruksową tkaninę. 10– 15 takich nasion przebij szpilką, uważając, by nie uszkodzić zarodka, i nabij je na kawałek korka położonego na dnie wyściełanej mokrym ręcznikiem miseczki. Korzeń ustaw poziomo względem dna. Kontrolnie – przybij też kilka nasion bez otarcia korzeni. Zrób zdjęcie. Zapakuj szczelnie w folię aluminiową i porównaj wygląd roślin po 4–7 dniach.
Wyjaśnienie: Korzenie roślin reagują na przyciąganie ziemskie, rosnąc zgodnie z wektorem grawitacji – jest to zatem geotropizm dodatni, a zatem „w dół”. Co więcej, aktywnie robakowatymi ruchami poszukują wszelkich wgłębień, w które mogłyby się wcisnąć. Korzenie roślin wyczuwają grawitację komórkami znajdującymi się w czapeczce – jej uszkodzenie sprawia, że korzenie rosną nadal, ale bez zmiany kierunku. Doświadczenie jest dość trudne technicznie, dlatego wymaga wielu powtórzeń – zbyt delikatne potarcie nie uszkodzi czapeczki korzenia, zbyt mocne naruszy komórki odpowiedzialne za wzrost (zamiast korzenia głównego rozwiną się korzenie boczne). Spadek wilgotności też uszkodzi korzenie – pracuj więc szybko i nie przesusz ich.
Doświadczenie 4
Na talerzyku rozłóż kilka warstw namoczonego papierowego ręcznika i umieść 10–15 nasion ogórka. Po 2–3 dniach, gdy korzenie będą mieć ok. 0,5 cm długości, przygotuj klinostat – usuń wieczko z budzika. Klejem szybkoschnącym przyklej nasiona (nie zabrudź klejem korzeni) do wskazówki sekundowej budzika (staraj się jej nie przesuwać, bo może to powodować zacinanie mechanizmu) tak, aby korzenie sterczały prostopadle do płaszczyzny cyferblatu. Możesz przykleić 2–3 nasiona jedno na drugim. Kilka nasion przyklej kontrolnie do cyferblatu. Postaraj się ich nie przesuszyć, gdyż zahamuje to ich dalszy wzrost. Umieść budzik w litrowym słoiku (upewnij się, że jest miejsce na rosnące korzenie i swobodne obroty wskazówek) wyłożonym wieloma arkuszami mokrego papierowego ręcznika (konieczna jest wysoka wilgotność), a teraz słoik wstaw do ciemnej szuflady na kilka dni lub szczelnie zakryj go folią aluminiową.
Wyjaśnienie: Niektóre komórki czapeczki korzenia (tworzące tzw. kolumellę) zawierają statolity – ciężkie, opadające na dno plastydy gęsto wypełnione skrobią. Komórkę wypełniają także drobne włókienka, tworzące sieć. Opadanie statolitu powoduje ich przygniatanie i naprężenie, co jest sygnałem wskazującym, po której stronie uwalniać regulatory wzrostu (podobne komórki są rozsiane w łodydze). Klinostat to urządzenie obracające rośliną i ograniczające jej reakcje na grawitację – statolity nieustannie zmieniają pozycję i napinają inną część tej sieci, uniemożliwiając nagromadzenie hormonów w jednym miejscu – korzenie rosną bez zmiany kierunku, co najłatwiej zaobserwować, gdy sterczą prostopadle do cyferblatu. Klinostat nie ma wytwarzać siły odśrodkowej – ma tylko przetaczać statolity, dlatego kręci się zaskakująco wolno, wystarczą 1–2 obroty na minutę. Na początku XX w. do budowy klinostatów wykorzystywano m.in. przerobione mechanizmy zegarów. Dziś konstruktorzy sięgają po silniki krokowe sterowane np. modułem Arduino.
***
Uwaga!
Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.
***
Zestaw przyrządów i materiałów
nasiona ciecierzycy, nasiona ogórka, klej szybkoschnący, budzik na baterie z cyferblatem, papierowy ręcznik, pojemniki na mocz, gniazdo na baterie, niebieska dioda, baterie, flanelowa lub sztruksowa tkanina, szpilki, plastelina, tektura lub korkowa podstawka pod kubek, folia aluminiowa
Niewliczone w cenę: nożyczki, szuflada, miseczka, talerzyk, litrowy słoik
Czas przygotowania: 2 godz. + 2 tyg. obserwacji
Koszt: 70 zł
***
Wiedza w pigułce
Jesteśmy tak przyzwyczajeni do widoku roślin, że nie zastanawiamy się nad mechanizmami kierującymi ich rozwojem. Nawet badacze nie dostrzegali tego zagadnienia aż do czasu, gdy w 1703 r. Denis Dodart z zaskoczeniem zauważył, że kiełkujące nasiona fasoli bezbłędnie kierują wzrostem korzenia w dół, i to niezależnie od początkowego ustawienia samych nasion. Była to pierwsza udokumentowana obserwacja reakcji na przyciąganie ziemskie, nazywanej od 1868 r. geotropizmem (termin wprowadzony przez niemieckiego botanika Alberta Bernharda Franka). XIX w. to też okres fascynujących eksperymentów, a kamieniem milowym było zastosowanie przez Thomasa Andrew Knighta koła wodnego, do którego przyczepiano kiełkujące nasiona. Manipulując liczbą obrotów, Knight mógł zaobserwować wpływ siły odśrodkowej – pędy rosły ku centrum koła wodnego. Umieszczenie koła poziomo pozwoliło mu zaobserwować, że siła grawitacji i ruch koła wpływają ilościowo na wzrost siewek – im szybciej poruszało się koło, tym bardziej kierunek wzrostu pędu siewki odchylał się od pionu. Jego badania otworzyły drogę do zbudowania przez Juliusa Sachsa pierwszego klinostatu, którego obroty oszukują roślinę, pozornie równoważąc wpływy grawitacji. Urządzenia te stosowane są do dziś, bo w erze podboju kosmosu zrozumienie, jak bardzo grawitacja jest potrzebna roślinom, stało się potrzebniejsze bardziej niż kiedykolwiek.
Czy jednak tylko NASA może pozwolić sobie na eksperymenty w mikrograwitacji? Pomysłowi naukowcy tworzą warunki mikrograwitacji także na Ziemi – wykorzystując wirówki podobne do poziomego koła wodnego Knighta – ale odwrócone „do góry nogami”. Inną metodą jest wynajęcie samolotu i wykonanie kilkunastosekundowych swobodnych spadków. Nawet taka chwila wystarczy, by roślina zarejestrowała zmianę i uruchomiła inny zestaw genów. Okazuje się, że nie wszystkie tkanki reagują na grawitację – pnie drzew są znakomitym przykładem wzrostu przeciwstawiającego się sile ciążenia, natomiast gałęzie boczne pozostają nieczułe na jej wpływy. Istnieją też nieoczywiste przykłady geotropizmu (nazywanego również grawitropizmem) – choćby charakterystyczne haczykowate zagięcie pąków maku polnego, które łatwo można zobaczyć podczas spaceru po łące.