צמח שבנוי לשני כיוונים
נבט גדל לשני כיוונים בבת אחת. הגבעול שלו גדל למעלה אל האור ונושא את העלים, שמייצרים את המזון של הצמח בפוטוסינתזה. השורש שלו גדל למטה אל האדמה, מעגן את הצמח וקולט מים ומינרלים, שעולים אל העלים כפי שמתואר בדיות בצמחים. החמנייה בסצנה היא בת כשבוע. הגבעול שלה מתחת לעלים הוא התת־פסיג, ושני העלים העבים והסגלגלים בראשו הם פסיגים, עלי הזרע, שהחזיקו את המזון שנאגר בזרע. ביניהם נפתח זוג העלים האמיתיים הראשון. קליפת הזרע הריקה, המפוספסת, מונחת על האדמה.
צמח גדל רק בכמה מקומות. בקצה של כל גבעול ושל כל שורש יושבת רקמה מריסטמטית (מריסטמה), קבוצה קטנה של תאים שממשיכים להתחלק כל חיי הצמח. מאחורי כל קצה, התאים החדשים מתארכים באזור הצמיחה: בגבעול של הנבט, כשני הסנטימטרים העליונים; בשורש, רק המילימטרים הספורים שמאחורי הקצה. מתחת לאזור הזה התאים מפסיקים לגדול. כל צורה שיש לגבעול כשהוא יוצא מאזור הצמיחה, נשארת בו.
תא צמחי גדל בכך שהוא קולט מים. החלולית המרכזית הגדולה שלו מתנפחת ולוחצת על דופן התא, והדופן נכנעת רק במקומות שבהם היא רופפה. תא צעיר יכול להתארך כך פי עשרה ויותר בלי לבנות בתוכו חומר תא חדש, ולכן נבט יכול לגדול כמה מילימטרים בשעה.
לגדול אל האור
צמח לא יכול ללכת אל האור, אבל הוא יכול לנווט אליו. טרופיזם הוא תנועת צמיחה אל עבר משהו שמגיע מכיוון אחד, או הרחק ממנו: אל האור (פוטוטרופיזם), עם הכבידה או נגדה (גרביטרופיזם), אל מגע או אל מים.
ב־1880 גידלו צ’ארלס דרווין ובנו פרנסיס נבטי עשב בחושך והאירו אותם מצד אחד. תוך שעות הם התכופפו אל האור. כשבני דרווין כיסו את הקצה ממש בכובע זעיר, הנבט לא התכופף כלל; כשכיסו את החלק שמתחת לקצה, הוא התכופף כרגיל. הם הסיקו שהקצה רואה את האור, ומשהו עובר ממנו אל החלק שמתכופף. ב־1928 חתך פריץ וֶנט קצות של נבטי שיבולת שועל, העמיד אותם על גושים קטנים של ג’לי והניח את הגושים על צד אחד של גדמים חתוכים: הגדמים התכופפו הרחק מהצד הזה. החומר שחלחל מהקצוות נקרא אוקסין, ממילה יוונית שפירושה “לגדול”.
נסו: קבעו את כיוון המנורה על −70°, כך שהמנורה מאירה משמאל, ואז גררו את הזמן מאז השינוי מ־0 h עד 24 h. במשך חצי שעה לא קורה שום דבר שנראה לעין; אחר כך ראש הגבעול מתעקם אל המנורה, מהר בהתחלה ואחר כך לאט יותר.
צמחים חשים בכיוון האור בעזרת קולטנים לאור כחול שנקראים פוטוטרופינים. הצד של הגבעול שפונה אל המנורה מקבל יותר אור כחול מהצד הרחוק, שהרקמה של הגבעול עצמו מצלה עליו.
האוקסין עובר לצד המוצל
אוקסין נוצר בקצה הגבעול ובעלים הצעירים, ועובר במורד הגבעול מתא לתא בעזרת חלבונים נשאים בקרומי התאים. כשהאור מגיע מצד אחד, הנשאים בתאים שליד הקצה זזים, ויותר אוקסין זורם במורד הצד המוצל.
אוקסין גורם לתא בגבעול לגדול מהר יותר. הוא מפעיל משאבות שדוחפות יוני מימן אל דופן התא; הדופן נעשית חומצית יותר, חלבונים שבה מרפים את הקשרים בין סיבי התאית, והחלולית המתנפחת מותחת את התא עוד יותר. כך התאים בצד המוצל מתארכים יותר מאלה שבצד המואר, והגבעול מתעקם אל האור, בדיוק כמו שפס של שתי מתכות מתעקם כשאחת מהן מתפשטת יותר.
ההבדל לא צריך להיות גדול. אם גבעול בקוטר מתכופף לקשת ברדיוס , הצד החיצוני של הכיפוף ארוך מהפנימי בערך ב־
בתת־פסיג של חמנייה בעובי 4 mm שמתכופף לעיקול ברדיוס 2 cm, התאים בצד החיצוני צריכים לגדול רק בכחמישית יותר מאלה שבצד הפנימי.
נסו: עברו בהתקרבות לקצה השורש אל גבעול. נקודות ענבר של אוקסין יורדות מהקצה ונסחפות אל הצד שרחוק מהמנורה. התאים בצד הזה ארוכים יותר, והתרשים מראה איך האוקסין מתחלק בין הצדדים. גררו את הזמן מאז השינוי עד 24 h: האוקסין שוב שווה בשני הצדדים, אבל התאים הארוכים בצד החיצוני של הכיפוף נשארים ארוכים.
איפה למטה?
השכיבו עציץ עם נבט על הצד, ותוך כמה שעות הגבעול שלו מתעקם למעלה והשורש מתעקם למטה. לצמח אין אוזן פנימית, אבל בחלק מהתאים שלו יש סטטוליתים: גרגרי עמילן, ארוזים בשקיקים קטנים שנקראים עמילופלסטים, שצפופים יותר משאר התא ושוקעים תוך דקות אל הצד שנמצא למטה. בשורש הם יושבים בתאים האמצעיים של כיפת השורש, הכיפה שמגינה על קצה השורש; בגבעול, בשכבת תאים שעוטפת את צינורות ההובלה.
כששורש מוטה, הסטטוליתים שוקעים אל הצד התחתון החדש של תאי הכיפה, והתאים שולחים יותר אוקסין במעלה הצד התחתון של השורש. וכאן מגיעה ההפתעה: בשורש, עודף אוקסין מאט את הצמיחה. שורשים רגישים לאוקסין הרבה יותר מגבעולים, והכמות שגורמת לתא בגבעול לגדול מהר יותר מעכבת תא בשורש. לכן הצד העליון של השורש גדל מהר יותר מהתחתון, והשורש מתעקם למטה. בגבעול מוטה האוקסין מצטבר גם הוא בצד התחתון, ושם הוא מאיץ את הצמיחה, ולכן הגבעול מתעקם למעלה. הורמון אחד, שמצטבר באותו צד, גורם לשורש ולגבעול להתכופף לכיוונים הפוכים.
נסו: קבעו את כיוון המנורה על 0° ואת הטיית הקופסה על 90°, ואז את הזמן מאז השינוי על 0 h, ועברו בהתקרבות לקצה השורש אל קצה השורש. הגרגרים הכהים (הסטטוליתים, מצוירים כאילו נצבעו ביוד) עדיין מונחים לכיוון התחתית הישנה של כל תא. קבעו אותו על 1 h: הם כבר שקעו אל הצד התחתון החדש, ואוקסין בצבע ענבר מצטבר לאורך השפה התחתונה של השורש.
מכיוון שהשורש ארוך וגדל רק ליד הקצה שלו, הפנייה נשארת מאחור ככיפוף, והשורש ממשיך לגדול בכיוון החדש. לכן לשורשים של נבטים שהוטו, או של עצים במדרון, יש מרפקים חדים.
אור מול כבידה
רוב הזמן הגבעול מרגיש את שתי המשיכות יחד. אור מהצד אומר לו לנטות; הכבידה אומרת לו לעמוד זקוף. כל משיכה גדלה עם הסינוס של הזווית בין הגבעול לבין הכיוון שאליו היא מושכת, והקצה מתייצב במקום שבו שתיהן שוות. בסצנה המשיכה אל האור כבדה פי שלושה מהמשיכה למעלה, ולכן כשהמנורה בזווית מהאנך, הגבעול מתייצב בזווית שבה
מנורה ב־70° הצידה נותנת נטייה של כ־54°. באור חלש יותר, הכבידה הייתה מנצחת בחלק גדול יותר של הוויכוח.
נסו: קבעו את כיוון המנורה על 70° ואת הטיית הקופסה על 90°. הקופסה שוכבת כשהחלק העליון שלה פונה אל המנורה, ולכן הגבעול מצביע בהתחלה כמעט אליה, ובעיקר הכבידה גורמת לו להתעקם למעלה. בסוף הוא נוטה בין שתיהן, באותה זווית כמו נבט זקוף מתחת לאותה מנורה.
הגבעול מאט ככל שהוא מתקרב לכיוון החדש שלו, כי המשיכות כמעט מבטלות זו את זו והאוקסין שוב מתחלק שווה. העיקול שהוא יצר נשאר בגבעול, והצמיחה החדשה שמעליו עולה ישר.
פניות אחרות של צמחים
קנוקנות של אפונה ושל צמחים מטפסים מתלפפות סביב כל דבר שהן נוגעות בו (תיגמוטרופיזם), ושורשים גדלים לעבר אדמה לחה יותר (הידרוטרופיזם). חמניות צעירות עושות יותר מלנטות: במשך היום הניצנים שלהן עוקבים אחרי השמש ממזרח למערב ובלילה חוזרים מזרחה, בכך שצד אחד של הגבעול גדל מהר יותר ואחר כך הצד השני, בשליטת השעון הפנימי שלהן. תפרחת של חמנייה בוגרת נעצרת ופונה מזרחה.
יש תנועות מהירות של צמחים שאינן טרופיזמים כלל. העלעלים של המימוזה הביישנית מתקפלים כשנוגעים בהם, ומלכודת הזבובים של הדיונאה נסגרת בבת אחת, מאיזה כיוון שתגיע הנגיעה; הן זזות בעזרת הזרמת מים אל תאים ומהם, ולא בעזרת צמיחה. איך צמחים משתמשים בגבעולים שלהם כדי לפרוח, ואיך פרחים מואבקים והופכים לזרעים, זה הסיפור של הרבייה בצמחים.
מה המודל הזה משמיט
הגבעול בסצנה מציית לשני כללים פשוטים: כל פרוסה באזור הצמיחה מתעקמת בקצב יחסי למשיכה הכוללת בקצה, ועיקול שכבר נוצר נשמר. נבטים אמיתיים גם מיישרים את עצמם לאורכם (אוטוטרופיזם), חשים בכבידה לאורך כל אזור הצמיחה ולא רק בקצה, ולפעמים חורגים מעבר לכיוון ומתנודדים לפני שהם מתייצבים. כיוון המנורה נחשב זהה בכל מקום, כאילו היא רחוקה, והעוצמה שלה אף פעם לא משתנה; באור עמום האיזון זז לטובת הכבידה. השורש פונה לפי כלל מאותו סוג, במהירות קבועה, ומתעלם מהאדמה שהוא דוחף דרכה.
כמויות האוקסין והחלק שבכל צד (עד 70% בצד שגדל מהר יותר) אופייניים למדידות, ולא מחושבים מההובלה. תזוזת המנורה והטיית הקופסה מוצגות כאילו קרו יחד, ברגע אחד, אחרי שהנבט גדל ישר למעלה במשך שבוע. התקריבים מגזימים בעובי הגבעול ובגודל התאים שלו, כדי שכמה עשרות תאים ייצגו אלפים רבים, וצובעים את האוקסין, שאינו נראה.