כיצד משפיע CO2 על פתיחת הסטומטה?

כמו הרבה בעלי חיים אחרים, אתה נושם דרך האף והפה. לעומת זאת, צמחים נושמים דרך נקבוביות זעירות הנקראות סטומטה על ציד העלים. נקבוביות אלו מאפשרות כניסת פחמן דו חמצני ויציאת חמצן. צמחים פותחים וסוגרים את הסטומטיות בתגובה לשינויים בסביבתם כדי שיוכלו לקבל את CO₂ הם זקוקים להימנע מהתייבשות.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

צמחים נושמים דרך נקבוביות זעירות הנקראות סטומטה בצד התחתון של העלים שלהן, המוקפות בזוג מגן תאים המתרחבים או מתכווצים בהתאם לתנאי הסביבה, ומאפשרים לזרום פחות או יותר של גז פנימה והחוצה נקבוביות. צמחים צריכים CO₂ להיכנס ו- O₂ לצאת. הפתח נסגר כאשר הוא כהה ויבש, אלא אם כן רמות הפחמן הדו-חמצני בתוך העלה מתחילות לרדת.

שלושה גורמים סביבתיים שונים משפיעים על פתיחה וסגירה של סטומה צמחית: ריכוזי אור, מים ופחמן דו חמצני. צמח הצומח נסגר בחושך ובתנאים יבשים מאוד. מכיוון שתאי הצמח זקוקים לפחמן דו חמצני לצורך פוטוסינתזה, ריכוזי הפחמן הדו-חמצני הם גורם מפתח נוסף. אם ריכוזי פחמן דו חמצני בתוך העלה יתחילו ליפול, הצמח יפתח את הסטומטיות שלו כך שיותר CO₂ יכול להיכנס, אפילו בתנאים יבשים כאשר הסטומטה בדרך כלל תהיה סגורה.

כל נקבובית גומי מוקפת בזוג תאי שמירה בצורת נקניקיות זעירות. תאי השמירה יכולים להתרחב על ידי שאיבת יונים על פני הקרומים שלהם. כאשר ריכוז היונים בתוך תא השמירה עולה, מים מתחילים לזרום לתא והוא מתנפח עד שהוא מתחיל להתכופף לחצי עיגול, כך ששני תאי השמירה יחד נראים כמו a אות O. הפתח ביניהם הוא נקבובית הבטן, וגזים זורמים פנימה או החוצה דרך פתח זה. אם תא השמירה שואב יונים חזרה החוצה, לעומת זאת, מים מתחילים לזרום מתוכו, ותא השמירה מתכווץ עד שהוא נראה כמו אות I. כעת שני תאי השמירה מקבילים ושוב סמוכים, ולכן נקבובית השרירים סגורה.

ריכוזי פחמן דו חמצני יורדים גורמים למסלול ביוכימי שגורם לריפוי הפתח מחדש. עדיין לא זוהו כל מרכיבי המסלול הביוכימי הזה, אך השחקנים החשובים ביותר הם מובילי אשלגן וכלוריד. חלבונים אלה שואבים אשלגן טעון חיובי ויוני כלוריד טעונים שלילית על פני התא ממברנות, המניעות את שינוי ריכוז היונים שגורם לתאי השמירה להתכווץ או לְהִתְנַפֵּחַ.

מספר גנים שנראים חיוניים לתגובה לשינוי CO₂ רמות זוהו, ומדענים עדיין עובדים על מנת להבין איך נופל CO₂ מפעיל את מובילי יון האשלגן והכלוריד. מדענים צריכים להיות מסוגלים לגדל או להנדס יבולים מניבים יותר כאשר הם מבינים את המנגנון הזה ביתר פירוט.