De første par uger af en frøplantes liv kan være de mest usikre.
Når den skubber tynde nye rødder ned i jorden, når den også op med små nye blade. Vand og energi er værdifuldt. De fleste frøplanter når aldrig deres første måned på jorden.
Men mens der er meget kendt om vækstprocessen, er der stadig et lag af mystik omkring mekanismerne i disse små planter. Nu kaster en ny undersøgelse fra en forsker fra University of Georgia lidt lys over det mikroskopiske væv, der hjælper træplanter med at vokse. Resultaterne kan ændre, hvordan forskere og avlere ser på de første uger af et træs liv.
"Jeg har arbejdet på nyspirede frøplanter i 20 år, og jeg føler, at dette er et af de første gennembrud for mig om, hvor forskellige de er, selv fra en 20 uger gammel frøplante," sagde Dan Johnson, en assisterende professor i træfysiologi og skovøkologi ved UGA Warnell School of Forestry and Natural Resources. "Det er disse første par uger af livet, der ser ud til at være fundament alt anderledes."
Johnson og et team af forskere brugte en kraftig røntgenstråle kaldet en synkrotron til at tage ekstremt detaljerede tværsnitsbilleder af ponderosa-fyrplanter på forskellige stadier af hydrering. Synkrotronen er placeret ved University of California-Berkeley og accelererer elektroner til næsten lysets hastighed, og selvom de øjeblikkeligt vil dræbe en menneskelig celle, kan planter, viser det sig, modstå den intense kraft i en kort periode.
Så, Johnson og hans samarbejdspartnere røntgenfotograferede den intakte stilk af fyrrekimplanterne over flere dage og tog billeder af, hvad der foregik inde i planten. Billederne viser ekstremt detaljerede sort-hvide billeder, der detaljerede lommer af hydrerede celler i gråt. Efterhånden som billederne skrider frem, og frøplanterne tørrer ud, kan der ses sorte luftlommer på billederne, næsten som om stilkene bliver spist udefra og ind.
Han og andre forskere troede, at plantens xylem - et centralnervesystem i planten, på en måde - hurtigt ville tørre ud, hvis den gik uden vand. Det viser sig, at de tog fejl - og de resulterende billeder giver aldrig før set indsigt i de første par uger af en frøplantes liv.
"Den måde, vi troede, at disse frøplanter ville fejle, hydraulisk, efterhånden som de tørrede ud, var slet ikke, hvordan de fejlede," sagde han. "Vi troede, at det vaskulære væv - xylemet - ville blive fyldt med luft. Vi kalder det emboli hos mennesker. Men det, vi fandt, var, at det ikke var xylemet, der tørrede ud, det var alt vævet omkring det. Selv i nogle af frøplanterne, der så ud som om de var revet fra hinanden (på grund af mangel på vand), er xylemen fuldt hydreret."
Alle planter har xylemvæv; det transporterer vand gennem hele planten. Og i ældre planter tørrer xylem ofte ud, da en plante står over for tørke. Men billederne, som Johnson fangede, viser, at frøplanters VVS er helt anderledes end deres ældre fætre.
Resultaterne blev offentliggjort i augustudgaven af American Journal of Botany. Undersøgelsen blev støttet af to bevillinger fra National Science Foundation.
"For mig er dette den mest sårbare livsfase. Hvis en frøplante skal dø, vil den dø i de første par uger af livet," sagde Johnson. "I marken ser vi 99 % af de naturlige regenereringsfrøplanter dø - du kommer tilbage til marken en dag, og tusinder er døde. Og de dør på steder, hvor det bare tørrer ud for hurtigt."
Johnson sagde, at hans resultater peger på, hvor følsomt væv uden for xylem er over for vandtab i de første par uger af en frøplantes liv. Når en vildsyet frøplante overlever, skyldes det ofte, at det pågældende sted havde mere gunstige forhold, såsom mere fugt, eller at frøet landede i en lavning, hvor det var mere beskyttet mod elementerne.
Ud over de detaljerede sort-hvide billeder, lavede teamet også tilsvarende farvebilleder af frøplantes stængler med en laser ved hjælp af en proces kaldet konfokal mikroskopi. Forskellige celler reflekteres i forskellige farver, hvilket skaber en regnbue af cirkler, som forskere kan bruge til bedre at identificere dele af stilken.
Men mens de gule, røde og blå farver slår igennem på de laserproducerede billeder, var den egentlige øjenåbner for Johnson den sort-hvide virkelighed med de decimerede, udtørrede stilke og deres centrale kerne, som var den sidste til at give op.
"Jeg var fuldstændig chokeret. Det var ikke, hvad nogen af os på avisen forventede," sagde Johnson og pegede på et billede af en vissen stængel, der næsten ser tygget ud. "Det er på et udtørringsniveau, der ville dræbe den plante. Så at have det xylem så fyldt, når det er så dødt, er kontraintuitivt."
Mens opdagelsen kan bringe flere spørgsmål end svar, bemærker Johnson, at overlevelsen af xylem kan ændre, hvordan planters første par uger forstås. Det er næsten som om, sagde han, at de første blade, der kommer ud af en frøplante, er forbundet med et helt andet sæt væv. "Xylem er måske ikke rørføringen til de første par blade af planten, hvilket er bizart, fordi det er det, vi lærte i plantefysiologi," tilføjede han.
